calidad redes de telecomunicaciones cap 3

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Curso Optativo CALIDAD de REDES DE TELECOMUNICACIONES EIE 419 Francisco Apablaza M. 2013 [email protected]

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Cap3 una introducción a los conceptos de Confiabilidad y Disponibilidad de redes

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Page 1: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Curso Optativo

CALIDAD de REDES DE TELECOMUNICACIONES

EIE 419

Francisco Apablaza M. 2013

[email protected]

Page 2: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Programa

3.- Confiabilidad y Disponibilidad

De dispositivos y componentes

En elementos de red

De una Red

De un Servicio

2

Page 3: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

CONFIABILIDAD

v/s

DISPONIBILIDAD

¡ no son lo mismo !

3

Confiabilidad ó Reliability

Confiabilidad es la Calidad en el tiempo

Page 4: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Ciclo de CONFIABILIDAD

4

Page 5: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

CONFIABILIDAD

La confiabilidad es la capacidad de un elemento de desempeñar una función requerida, en condiciones establecidas durante un intervalo de tiempo determinado.

5

Page 6: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

¿para qué?

1. Determinar el tiempo hasta el cual se espera que falle una proporción (p) dada de un elemento en operación. Esto es útil para determinar tiempos de garantía apropiados así como sus costos.

2. Encontrar el tiempo al cual se espera que sobreviva una proporción (1-p) dada de los elementos en operación. Es una estimación de la calidad de los productos o elementos.

6

Page 7: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

¿para qué?

3. Determinar la propensión a fallar que tiene un producto en un tiempo dado. Para comparar dos o más diseños o procesos, o lo que se ofrece por un proveedor.

4. Dado que un artículo ha sobrevivido un tiempo T, encontrar la probabilidad de que sobreviva un tiempo t adicional. Para planear el reemplazo de los equipos (mantenibilidad).

7

Page 8: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

CONFIABILIDAD

La confiabilidad se puede definir como, la probabilidad de que un elemento seguirá llevando a cabo su función prevista, sin fallas durante un período determinado de tiempo bajo condiciones establecidas.

Es el modelo probabilístico que permite estimar el comportamiento futuro de un dispositivo, equipo, producto.

8

Page 9: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Datos

La Información para el estudio de confiabilidad requiere datos de: tiempos de vida, tiempos de falla, tiempo a evento, degradación, etc.

Ello implica BUENOS registros históricos.

A veces hay observaciones “censuradas” por los largos intervalos requeridos, que lo hacen inviable para lo practico.

9

Page 10: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Los datos de la vida están relacionados con la "edad" de los elementos hasta el tiempo de falla.

Los Datos de falla suelen ser datos del "envejecimiento" debido al tiempo de funcionamiento: tensión, fuerza, ciclos (estrés/temperatura), el kilometraje, los incidentes (partidas/paradas), temperatura o cualquier valor de medición apropiado. Se incluyen datos de los materiales como el estrés, humedad, vibraciones, etc.

Todos se pueden modelar con los parámetros de la distribución de probabilidades.

Tener en cuenta el tamaño muestreal para un buen nivel de confianza. 10

Page 11: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Datos censurados

Cuando se pierde información de algunos individuos de la muestra (izquierda-derecha).

11

Page 12: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Función de confiabilidad

La confiabilidad se define como la probabilidad Pr de que un componente funcione durante un periodo de tiempo T.

Variable aleatoria continua t, como el tiempo a falla del componente cuando T0. Se define por:

12

Es una función decreciente denominada también función de supervivencia es la probabilidad de sobrevivir hasta el tiempo T.

Page 13: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Interpretación de la confiabilidad

13

F(t)

muere sobrevive

Función Confiabilidad Función “fallabilidad”

T

Nota: ej. Función arbitraria

Page 14: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Función de distribución de fallas acumuladas

probabilidad que un elemento no falle en el instante T o antes de T. Se define por:

14

Entonces la función Confiabilidad es:

R(t)= 1 – F(t)

Page 15: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Función de densidad de probabilidad de fallas La probabilidad de falla de un elemento por unidad de tiempo, en cada instante t; es decir, es el cociente entre la probabilidad de que un elemento falle en el intervalo (t,t+t) y t. Se define por:

15

… permite estimar probabilidades de fallas.

Page 16: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Función de tasa de falla

Es la probabilidad de que un elemento que está funcionando en el instante t deje de funcionar en el intervalo t+t. Proporciona la descripción de la distribución de fallas por unidad de tiempo.

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Page 17: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Tasa de Fallas Cada producto tiene una tasa de fracaso, que es el número de unidades que fallan por unidad de tiempo. Esta tasa de fallas cambia a través de la vida del producto, que muestra la clásica “curva de bañera”, la tasa de falla v/s tiempo de operación para una población: un intervalo inicial de “mortalidad infantil” que se origina por los elementos que se escapan al muestreo, el bodegaje, los traslados e instalación, con tasa decreciente.

17

Page 18: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Luego pasa al tiempo de vida útil durante el cual las fallas ocurren aleatoriamente con tasa constante, y finalmente el tiempo de envejecimiento o desgaste donde hay una tasa creciente de alto costo de mantenimiento.

18

Page 19: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

19

Vida temprana o

etapa de alta tasa de

falla

Envejecimiento o etapa de tasa de falla creciente

Estado estable o tasa constante

Fallas Inducidas constante

Típica curva de la “Bañera”

edad

R(t

)

Page 20: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Tasas de riesgo en tiempo

20 VIDA ÚTIL

Page 21: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Intervalo de vida útil, o de servicio, o de misión.

21

Notar que no hay una relación directa entre el tiempo de servicio y la tasa de falla: es posible diseñar un dispositivo de alta confiabilidad y corta vida de servicio: misil

Page 22: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Ciclo operacional

22

Page 23: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Tiempo medio para fallas (MTTF) Es la media o valor esperado, de la distribución de probabilidad definida por f(t).

23

Medida de tendencia central de la distribución. El MTTF es el estimador más clásico en el área de confiabilidad, ya que es el parámetro de interés en la selección de equipos y diseño de sistemas.

Page 24: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

MTTF

El tiempo medio de falla de elementos NO-reparables, tales como componentes electrónicos, satélites, ampolletas, etc.

La base de tiempo se puede ajustar al comportamiento:

24

MTTFhr = 1/hr

MTTFaño = 1/año = 1/(hrx24x365)

Page 25: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Tiempo medio entre fallas (MTBF)

Es la vida media del elemento y es la esperanza matemática del tiempo de funcionamiento hasta la falla de un elemento cuya densidad de fallas es f(t):

25

Page 26: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

26

Page 27: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

MTBF

MTBF (Mean Time between Failures) es usado para describir elementos reparables.

El tiempo total del ciclo:

MTBF= MTTF + MTTR

No confundir que indica un valor mínimo garantizado.

27

Page 28: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

28

La Tasa de fallas es: % Fallas =( Num de fallas/Num de

dispositivos probados) X 100%

El MTBF es el tiempo medio que toma hasta que ocurre una falla:

MTBF = Tiempo Total del dispositivo/ Número Total de fallas

Page 29: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

La Tasa de Falla es el recíproco del MTBF para sistemas de tasa constante:

FR = =1/MTBF

Ej.: un componente con una tasa de falla de 2 fallas por millón horas, el MTBF es: MTBF= 1/, o sea,

1/(2 fallas/106 Hr) = 500.000 Hr/falla

29

Page 30: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Tasa de fallas en FIT

FIT (Failures in Time) es un estandard para la tasa de falla por 109 horas. FIT= fit = Hr×109

Para convertir la tasa de fallas a fit:

30

FIT = FR/ 10-9 = /10-9

Page 31: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Disponibilidad - Availability

Sistemas reparables que requieren operar continuamente, y que en cualquier punto aleatorio del tiempo o están operando o fuera de operación debido a una falla, sobre la cual se debe trabajar para restaurar la operación en un tiempo mínimo.

31

Page 32: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Aumentando la disponibilidad

32

Page 33: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Tiempos de Falla

33

Page 34: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

34

0

n i TBFiMTBF

n

Page 35: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Mantenibilidad

Las acciones de reparación y mantención preventiva, sacan al sistema de operación (TTR).

Una acción preventiva pretende reducir los eventos de contingencia de reaccionar ante una falla imprevista.

Un modelo apropiado de confiabilidad ayudará a programar la prevención.

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Page 36: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Tiempo Medio para Reparar

MTTR (Mean Time To Repair)

Tiempo medio necesario para reparar el sistema.

Es difícil modelarlo matemáticamente; generalmente se recurre a datos estadísticos medidos en la practica.

Dependiente de muchas condiciones operativas: repuestos, NMS, expertiz, distancia, logística, capacitación, etc.

36

Page 37: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Si el sistema tiene un tiempo de vida que sigue una distribución exponencial con tasa de falla , y la tasa de reparación es , la disponibilidad es:

37

Page 38: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Modelos probabilísticos

38

Page 39: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Distribuciones

Las distribuciones para modelar los tiempos de falla son: Weibull, lognormal, exponencial y gamma, la distribución normal casi no se utiliza.

Se considera sistemas sin memoria.

39

Page 40: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Función de densidad de probabilidad: fdp La función de densidad f(t) es

continua si cumple para f(t) 0.

El área bajo la curva es igual a 1, en confiabilidad el intervalo es de cero a infinito.

40

1)( dttf

Page 41: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Función de distribución acumulada: fda Esta función se define como la integral de la función de densidad desde cero hasta el tiempo t y representa la probabilidad de fallar antes del tiempo t.

(P(t) t), es decir:

41

t

dxxftFtTP0

1)()()(

A continuación el caso de la distribución exponencial.

Page 42: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Histograma de muestras

Indica tendencia Exponencial 42

Page 43: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Tasa de falla constante

Para instalación de 100 dispositivos con tasa de falla 1/10años, ¿cuántos habrán fallado al fin de 10 años?

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Indica que al poner en servicio 100 dispositivos idénticos, al llegar al intervalo T=MTBF, estarán funcionando aproximadamente 38 y 62 han fallado.

año sin falla fallados Funcionando

1 0,1 100,00 10,00 90,00

2 0,1 90,00 9,00 81,00

3 0,1 81,00 8,10 72,90

4 0,1 72,90 7,29 65,61

5 0,1 65,61 6,56 59,05

6 0,1 59,05 5,90 53,14

7 0,1 53,14 5,31 47,83

8 0,1 47,83 4,78 43,05

9 0,1 43,05 4,30 38,74

10 0,1 38,74 3,87 34,87

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

1 4 7 1013161922252831343740434649

funcionando

Page 44: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Distribución exponencial de fallas

44

Page 45: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Distribución Exponencial

fdp

Fda (de fallas)

Función Confiabilidad:

45

0;)( tetf t

t

ttxx teedxetFtTP0

0 0,1)()(

tetR )(

Page 46: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

gráficos

46

0,00E+00

1,00E-01

2,00E-01

3,00E-01

4,00E-01

5,00E-01

6,00E-01

7,00E-01

8,00E-01

9,00E-01

1,00E+00

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Pro

babilid

ad

Tiempo

0,01

0,00E+00

2,00E-01

4,00E-01

6,00E-01

8,00E-01

1,00E+00

1,20E+00

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300Pro

babilid

ad

Tiempo

0,01

CONFIABILIDAD0,00E+00

2,00E-03

4,00E-03

6,00E-03

8,00E-03

1,00E-02

1,20E-02

1,40E-02

1,60E-02

0

30

60

90

120

150

180

210

24

0

27

0

30

0

Prob

abilid

ad

Tiempo

0,01

0,005

Page 47: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Interpretaciones

Después de cierto tiempo t, que es igual al MTBF, la confiabilidad R(t) es:

(a) Si un gran número de unidades es considerado, sólo

el 37% de su tiempo de operación será mayor que el MTBF.

(b) Para una simple unidad, la probabilidad que trabajará durante un tiempo MTBF, es sólo alrededor del 37%.

(c) Podemos decir que la unidad funcionará durante el tiempo MTBF con un nivel de confianza del 37%.

47

Page 48: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

(d) Para poner estas cifras en contexto, considerar una fuente de alimentación con un MTBF de 500.000 Hrs (una tasa de falla de 0,2%/1000 Hrs), la publicidad diría “un MTBF de 57 años”.

(e) A partir de la ecuación para R (t) se calcula que a los 3 años (26.280 horas) la fiabilidad es de aproximadamente 0,95, es decir, si dicha unidad se utiliza las 24 horas del día durante 3 años, la probabilidad de sobrevivir es alrededor del 95 %. El mismo cálculo para un periodo de diez años dará una R (t) de alrededor de 84%.

48

Page 49: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

f) Para obtener, al final del tiempo de misión, una confiabilidad del 99.9%, se debe garantizar un MTTF 1000 veces superior al Tiempo de Misión.

49

Page 50: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Considerando un cliente que ha adquirido 700 de tales equipos, con ese MTBF de 57 años, podrá experimentar en promedio, que el 0,2% de las unidades fallen cada 1000 hrs, por lo tanto, el Nº de fallas por año es:

50

Page 51: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Distribución de Weilbull

La distribución de Weibull de dos parámetros es la distribución más ampliamente utilizada para el análisis de los datos de vida.

El 3er parámetro es el de tiempo libre de falla o de localización, por el desplazamiento del to.

Es un caso particular de exponencial.

51

Page 52: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Efecto de localización

52

Page 53: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Función distribución de probabilidad WEIBULL

En general para valores de beta 0<<1 la función de riesgo es decreciente y para valores de >1 la función de riesgo es creciente. Indica cómo se desarrolla la tasa de fallas en el tiempo.

53

t

et

tf

1

)(

: la pendiente o parámetro de forma,

: la característica de vida o parámetro

de escala.

Page 54: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Distribución de Weilbull para =10

54

Page 55: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Distribución de Weilbull para =2

55

Page 56: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Distribución Acumulativa de Weilbull F(t) = Probabilidad de falla en un tiempo t;

t = tiempo, ciclos, distancia, u otro parametro apropiado;

= parámetro de característica de vida o de escala;

= parámetro de pendiente o forma.

56

Page 57: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

fda Weilbull

es el tiempo en el que el 63,2% se espera que fallen.

57

Page 58: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Función confiabilidad Weilbull

58

Page 59: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Weilbull y transcurso de vida

59

Page 60: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Aplicación

60

Page 61: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Aplicación

Para dispositivos y equipos electrónicos, el fabricante entrega el MTBF, o sea, la media del modelo probabilístico de pruebas.

En fábrica se aplican modelos de vida acelerada. Comunmente indican cientos de miles de horas.

Si hay historia, es preferible usar datos propios del MTBF.

61

Page 62: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Telecomunicaciones

De dispositivos y componentes

En elementos de red: equipos

De una Red

De un Servicio

62

Page 63: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

La confiabilidad de una red o servicio, no sólo depende del comportamiento intrínseco de sus elementos, también hay efectos exógenos, como interferencias, radiaciones, catástrofes, accidentes de tránsito, robos, congestiones,…. condiciones que no siempre pueden ser controladas.

63

Page 64: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

La confiabilidad estandard para la Red es “5-9s”

“Downtime” (minutos/año)

Tasa Fallas (FITs)

Terminología común

MTBF (horas)

Disponibilidad (%)

Nivel Componentes

Nivel Circuitos

Nivel Sistema

Red

Proceso de Análisis “Bottom-up”

Page 66: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

En este nivel un análisis de confiabilidad está relacionado con cada componente en particular (resistores, capacitores, IC,…), el diseño circuital electrónico (amplificador,

mezclador, oscilador,…) o la tarjeta o módulo funcional.

Hoy gran parte de la tecnología está basada en soluciones de software, que también tiene su propio tratamiento de confiabilidad.

66

Page 67: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

En este curso no se verá en detalle este nivel de análisis.

Para la fabricación de componentes hay metodologías de estimación de su confiabilidad, tales como:

MIL-HDBK-217

CNET 93

RDF 2000 67

Page 68: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Los componentes puestos a prueba han durado unos tiempos t1,t2,..., t5.

68

Los datos en este caso serán las duraciones de vida de cada uno de los n componentes puestos a prueba, es decir, una muestra t1, t2,tn, de la variable aleatoria T que representa la duración del proceso.

Page 69: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Función confiabilidad

R (t) = Pr (T > t)

si designamos:

Ns (t) = Nº de elementos en funcionamiento en el instante t

N (o) = Nº de elementos en funcionamiento al principio

Nf (t) = Nº de elementos averiados hasta el momento t

69

Page 70: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

se cumplirá:

N (o) = Nf (t) + Ns (t)

70

Dado que la densidad de fallas es f (t), el tiempo T que se espera que transcurra hasta una falla viene dado por:

Page 71: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Estimación

= número de fallas / (horas bajo test * número de unidades bajo test)

Unidades de la tasa de fallas:

%/K: Porcentaje de unidades que fallan cada 1000 horas.

PPM/K: Partes por millón que fallan cada 1000 horas

1 PPM/K = 1x10-6 fallas / 1x103 horas =

= 1 falla / 109 horas = = 1 FIT

(“fails in time”) 71

Page 72: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

En cualquier caso en la línea de producción de un componente, el análisis de confiabilidad, pasa por un muestreo y pruebas bajo condiciones aceleradas de envejecimiento.

72

Page 73: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Modelos de aceleración Los modelos de aceleración se derivan a menudo de modelos físicos o cinéticos relacionados al modelo de falla, por ejemplo:

Regla de Potencia Inversa para Voltaje

Modelo exponencial de Voltaje

Modelos de Dos: Temperatura / Voltaje

Modelo de Electromigración

Modelos de tres esfuerzos (Temperatura, Voltaje y Humedad)

Arrhenius

73

Page 74: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

En forma simplificada para un circuito de puede proceder a un calculo de la confiabilidad estimada, sumando las tasas de falla de todos sus componentes.

Si un PABX tiene 10.000 componentes, cada uno con x=10-7=0,1 ppm/Hr, entonces: x= 10-3 para el sistema.

Rs = e-t / 1000 MTBFeq= 1.000 Hr

74

Confiabilidad circuitos

Page 75: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Un circuito

Suponiendo tiene:

4 diodos: d= 0.000002

„10 transistores: t= 0.00001

„20 resistencias: r= 0.000001

10 condesadores: c= 0.000002

75

Además que: El cableado(circuito impreso) y las soldaduras sean

100% confiables. Que los componentes trabajan bajo sus niveles

nominales de voltaje, corriente y temperatura.

Page 76: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

la confiabilidad del circuito será:

s= 10 d+ 4 t+ 20 r+ 10 c

s= 0.0001

MTTF = 1 / s= 10.000 horas

76

Page 77: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Es en el diseño que se deben aplicar criterios de análisis de confiabilidad para asegurar la calidad del componente, circuito o tarjeta.

Incluye condiciones ambientales típicas de operación, soldaduras, contactos, embalajes, etc.

77

Page 78: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Sistemas y Equipos

78

Page 79: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Diagrama funcional

Los equipos están constituidos por módulos o tarjetas.

En general cada uno de ellos cumple una función dentro del proceso de señales.

Funcionalmente p.ej.:

79

AMPrf

FP

AMPif AMP

Osc

Mix

Page 80: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Diagrama Confiabilidad

Existen varios métodos de análisis: • Simulación Montecarlo

• Arbol de fallas

• Cadena Markov

• RBD: Diagrama de bloques

• FMECA: Failure mode and effects and

criticality analysis

• Red de Petri

80

Se debe establecer la función de estructura que describe el lazo entre el estado del sistema y el estado de los N componentes que forman el sistema.

Page 81: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Revisar la importancia estructural:

¿Qué importancia tienen los componentes en la estructura?

¿Si el componente “i” falla, dejará de operar el sistema?

¿Cuántos estados posibles hay del sistema?

¿En cuántos estados, el componente “i”, es funcional?

¿En que estados, al fallar el componente “i”, el sistema fallará?

81 Ver: Curso de confiabilidad; P.Reyes A.

Page 82: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

RBD: Diagrama de bloques Reliability block diagrams

Para el caso planteado, si cada elemento falla, afectará a todo el sistema, luego cada elemento es crítico…, por lo tanto, el flujo de confiabilidad pasa por todos ellos.

82

AMPrf AMPif AMP Osc Mix FP

Este diagrama en serie, representa que cada una de las etapas interrumpe la funcionalidad de la totalidad del sistema.

Page 83: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

La confiabilidad del sistema es la probabilidad de que todos los componentes funcionen.

Un sistema en serie que tiene “k” componentes, suponiendo que trabajan en modo independiente, la confiabilidad del sistema es la probabilidad de que todos los componentes funcionen correctamente.

83

Page 84: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Aplica entonces la regla del producto de las probabilidades de sobrevivencia individuales para la sobrevivencia del todo:

Rs(t) = R1(t)R2(t)R3(t) = e-(1+

2+

3)t

En un sistema Serie la confiabilidad está dada por el producto de la confiabilidad de cada bloque y la Tasa de Falla es la suma de las Tasas de Falla:

84 Rs= k Ri

Sistema Serie

s= Σ k i

Page 85: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

La función distribución de fallas de un sistema con N componentes es:

85

La disponibilidad:

La confiabilidad del sistema serie es menor que aquella del componente de menor confiabilidad.

Page 86: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Sistema tolerante a falla

Elementos en paralelo, asegurando que cada uno es suficiente para asegurar el funcionamiento del sistema.

86

Un sistema paralelo falla cuando ambos elementos fallan: REDUNDANCIA, respaldo, reserva.

Page 87: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

REDUNDANCIA

Se define como la existencia de dos o mas elementos, no necesariamente idénticos, para cumplir una función única. Hay distintos tipos de

Redundancia: Activa – Paralelo Puro – Paralelo compartido

Standby - Hot Standby - Cold Standby (Pasiva) Warm Standby - Sistemas R de N

87

[Standby: en espera]

Page 88: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Redundancia Activa

Tiene todos los elementos operando simultáneamente en paralelo.

Todos los itemes están trabajando y en uso al mismo tiempo, a pesar de que sólo un elemento se requiere para la función.

No hay ningún cambio en la tasa de falla del sistema sobreviviente tras la falla de un elemento.

88

Page 89: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Paralelo Puro

– no hay cambio en la tasa de falla del sistema sobreviviente después de la falla de un elemento.

Paralelo compartido

– la tasa de falla del sistema sobreviviente cambia después de la falla de un elemento.

89

Page 90: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Redundancia Standby

Tiene un elemento alternativo que se activa en caso de falla del otro elemento.

Solamente un item está operando a la vez para ejecutar la función.

La tasa de falla del elemento alternativo afecta la característica de falla de los demás, ya que ahora son más susceptibles al fracaso, alestar bajo carga.

90

Page 91: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Hot Standby: - lo mismo que redundancia activa o standby

activo.

Cold Standby (Pasiva): - no está normalmente operando. La falla de un

elemento fuerza al item standby para comenzar a operar.

Warm Standby: - elemento normalmente activo, pero no bajo

carga. Tasa de falla será menor debido a la tensión más baja.

Sistemas R de N: - consta de N elementos, en la que R de los N

elementos deben funcionar para que el sistema opere correctamente.

91

Page 92: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Confiabilidad de sistema tolerante a fallas La probabilidad de falla de un sistema paralelo se debe a la probabilidad de falla contemporánea (simultánea) de los elementos.

Para una configuración de N componentes en paralelo,

Función distribución de fallas y Confiabilidad:

92

Page 93: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

Sistema Paralelo

La indisponibilidad:

La confiabilidad:

La disponibilidad:

En sistemas reparables:

93

Page 94: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

94

Confiabilidad sistema v/s individual

Page 95: Calidad Redes  de Telecomunicaciones cap 3

95

Comparación

La confiabilidad del sistema paralelo es mayor que aquella de los componentes.

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Configuraciones mixtas: RBD

Hay dos equipos A1 y A2 que son redundantes. Un interruptor S (accionado usando un circuito de comando de cambio CS) que permite seleccionar uno de los dos aparatos. ¿cuál es la confiabilidad del sistema total?

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Para el esquema de confiabilidad se determinan los elementos que generan los eventos críticos que conducen al daño del sistema. Tales eventos son:

1. Se dañan simultáneamente, A1 y A2 2. Se daña S 3. Se dañan ambos, A1 y CS.

Cada uno de los eventos considerados es suficiente para bloquear el sistema, entonces se conectan como RBD en serie. Los sub-eventos que componen los eventos 1 y 3 se deben conectar en paralelo porque deben suceder ambos para que el sistema falle.

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RBD ejemplo

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Configuraciones mixtas: confiabilidad

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Configuraciones mixtas: otras reducciones

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Confiabilidad de configuración mixta: ej.

M1

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Equipo

Rc/u Rdoble

BP= 99%

CPU= 99% 99,99%

P/S= 99% 99,99%

SWC= 99% 99,99%

C eq= 96,06% sin redundancia

C eq= 97,990% CPU,P/S doble

C eq= 98,970% CPU,P/S,SW doble

Caso 1

Caso 3

Caso 1

Caso 3

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Red y Servicios

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Una red es un conjunto de nodos interconectados en alguna topología: bus, malla, anillo. Se segmenta las redes por tecnología y aplicación: acceso, transporte, servicio, WDM, IP, etc.

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Un servicio es la aplicación que hace uso de extremo a extremo de una o varias redes: telefonía, internet, TV, datos, etc. En este caso el servicio ve las redes como una nube, y varias de ellas. poder

Router

ADSL

WDM

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Muchas son las instalaciones de los operadores de TIC, que requieren los mas altos estándares de confiabilidad. En general se estima operaciones de “5 nueves”, es decir, 99,999%. Un ej. es Visa Internacional por la importancia de sus transacciones (104/seg) procesando decenas de millones de US$/min, una interrupción de su operación por un minuto es muy significativa. Se dice que en 12 años ha demostrado una confiabilidad de 12 años (92 min indisponible).

Requerimientos

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Disponibilidad v/s costos

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Disponibilidad v/s Tiempo de interrupción

DownTime: por año

Tiempo Indisponible

A[%] Dias Horas Mins Segs

99,0000% 3 15 36 0,0

99,5000% 1 19 48 0,0

99,9000% 0 8 45 36,0

99,9500% 0 4 22 48,0

99,9900% 0 0 52 33,6

99,9990% 0 0 5 15,4

99,9999% 0 0 0 31,5

Downtime / año = (1- A) 24*365

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Objetivos de MTTR y SLA

SLA=Service Level Agreement

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NOTAR QUE A MEDIDA QUE SE AUMENTA LA COMPLEJIDAD, EN REDES Y SERVICIOS, SON MUCHOS LOS ELEMENTOS QUE INTERVIENEN. POR LO TANTO LA EXPECTATIVA DE LOS 5’9 REQUIERE QUE SUS COMPONENTES TENGAN UNA CONFIABILIDAD AÚN MUCHO MAYOR.

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Disponibilidad de red

Debe agregarse al análisis la disponibilidad de las interconexiones. Los nodos son muchos mas en real.

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App

Tx

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Disponibilidad de Servicio

ADSL Cu CPE MPLS

IP ISP

R(c/u)

CPE= 99%

CU= 99,00%

ADSL= 99,99%

MPLS= 99,99%

TX= 99,99%

IP= 99,99%

ISP= 99,99%

APP= 99,99%R serv= 97,95%

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Otras

La confiabilidad también aplica a: condiciones de interrupción por degradación. Cortes por desvanecimiento en radiopropagación. Interrupción del servicio por congestión. Una interrupción tiene efecto en churn y pérdida de tráfico cursado. La confiabilidad de los software.

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Preguntas

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http://confiabilidad.net/ http://www.reliasoft.es/ http://www.weibull.nl/weibullstatistics.htm http://www.weibull.com/hotwire/issue14/relbasics14.htm http://www.engineeredsoftware.com/nasa/weibull.htm

Referencias

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Dr.Ing. Nikola Milanovic; Models, Methods and Tools for Availability Assessment of IT-Services and Business Processes. Dr. Primitivo Reyes Aguilar; Curso de Confiabilidad Dr. David Buchmann; Verified Network Configuration Dr. Joel A. Nachlas; Fiabilidad

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Conclusión

Sin duda la CALIDAD en los servicios de telecomunicaciones está muy estrechamente ligada a la confiabilidad de las redes. Según los criterios de riesgo se vinculan los SLA, y se pueden evaluar los costos de multas. También se puede estimar la migración de clientes (churn), sin dejar de lado los efectos de calidad de atención y ventas.

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Relación entre medidas

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Representación gráfica general de los parámetros de fiabilidad

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