Расчет числа резервных каналов связи для обеспечения требуемой надежности системы связи

Устойчивость системы оперативной связи, состоящей из n каналов связи (например, система связи состоит из одного основного и нескольких резервных), характеризуется вероятностью ее безотказной работы:

Р п (t)=1-

n

Õ

i =1

(1-

 

P б. р. i

),                             (1)

где

Р б. р. i = е - l П × t р - вероятность безотказной работы i -го канала связи;

П

l - интенсивность повреждения канала связи (для конкретного варианта

задания выбирается из табл. П. 1.3);

(выбирается из табл. П. 1.3).

t р - время работы канала связи

Величина вероятности безотказной работы одного канала связи

Р б. р.  = е - l П × t р  =

 

По приведенной в задании требуемой вероятности безотказной

работы системы

Р тр

определяем необходимое количество каналов

N тр

преобразуя (1) следующим образом

Р тр

=1-(1- Р б. р.

) N тр,

1- Р тр

=(1- Р б. р.

) N тр.

Прологарифмируем последнее выражение

тр                       б. р.

ln (1- Р)= ln (1- Р  ) ^N тр.

Определяем требуемое количество каналов системы связи

тр

N =  ln (1- Р тр) =    ln (1 - 0,823) =    ln (0,177) =1, 64 Þ 2.

                                                                                                           

ln (1- P б.р.)  ln (1-0,651) ln (0,349)

 

Таким образом, для обеспечения требуемой надежности системы связи необходимо иметь 2 канала связи.

 

1.2.2. Определение интенсивности входного потока вызовов, поступающего на ЦУС по линиям«101»

Гистограмма распределения числа вызовов, поступающих в течение суток по линиям специальной связи «101» на ЦУС гарнизона, представлена на рис. 1.2 (строится на основании статистических данных табл. 1.1).

Для конкретного варианта задания гистограмма распределения числа вызовов (интенсивность поступающих вызовов) для сети проводной связи строится основании статистических данных табл. П. 1.1 (Приложение П.1).

N

16

14

12

10

l

ср

8

6

4

2

 

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t

часы суток

= 6 выз. / ч

Рис.1.2. Гистограмма распределения числа вызовов по часам суток в сети специальной связи«101»

 

Средняя интенсивность вызовов, поступающих диспетчеру                  ЦУС, гарнизона определяется по формуле:

24

å N

l ср = i = 1    =

24

144 =6

24

 

выз./час.

где N – общее число поступивших вызовов в течение суток.

Интенсивность входного потока вызовов в течение                               суток определяется как:

24

å N

l = i = 1        =

24×60

 

144

 

 

24×60

 

= 0,1 выз./мин,

Таким образом, по заданным условиям  средняя интенсивность составляет l _ср = 6 выз./ч, а интенсивность входного потока

вызовов в течение суток составляет

l = 0,1 выз./мин

1.2.3. Оптимизация сети специальной связи по линиям “101” и расчет ее пропускной способности

Оптимизация сети специальной связи по линиям «101» сводится к нахождению такого числа линий связи «101» и необходимого количества диспетчерского состава, при которых обеспечиваются нормативная

вероятность    потери   вызова Р П = 0,001 и необходимая пропускная способность сети специальной связи [1].

Последовательно увеличивая число линий связи с 1 до п, находим

такое число линий связи, при котором выполняется условие

Р отк £ Р п.

Нагрузка, создаваемая в сети специальной связи, может                     быть определена как:

y = l × Т П

=0,1×1,5 =0,15

мин-зан.,

где l - интенсивность входного потока вызовов по линиям специальной

связи«101»,

 

 

Т П - среднее время переговора в сети специальной связи по

линиям «101».

В общем виде вероятность того, что все линии связи свободны, определяется по формуле

 

где k - последовательность целых чисел, k = 0,1,2,..., n.

Для случая, когда п = 1, вероятность того, что линия связи будет свободна,

Р 01 =

1 = 1 =

1 y k          y 1

1

0,15¹

= 0,8696.

å    1+    1+

k =0 k!       1!                1!

В общем виде вероятность того, что все п линий связи будут заняты (т.е. вероятность отказа в обслуживании), определяется как:

y n

P отк n = n! P 0 n,

Для случая, когда п = 1, вероятность отказа в обслуживании составит

Р отк 1 =

y 1

1! P 0 1 =

0,15¹

 

 

1

0,8696 = 0,13.

Сравнивая полученное значение

Р отк 1

и заданное значение

вероятности потери вызова

Р П = 0,001, приходим к выводу, что условие

Р отк 1 £ Р П

не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до

n = 2. При этом вероятность того, что две линии связи будут свободны, определяется из выражения

 

Вероятность отказа при этом определяется как

Р отк 2 =

  y 2

2! P 0 2 =

0,15²

2

0,8611 = 0,0097.

Сравнивая полученное значение

Р отк 2

и заданное значение

Р П,

приходим к выводу, что условие

Р отк 2 £ Р П

не соблюдается. Поэтому

увеличиваем число линий связи до n = 3. При этом вероятность того, что три линии связи будут свободны, определяется по следующей формуле:

 

.

Вероятность отказа при этом определяется как

P отк 3 =

у 3

3! Р 03

0,15³

= 6

 

0,8607

= 0,00048.

Сравнивая полученное значение P _{отк 3} и заданное значение Р П,

приходим к выводу, что при трех линиях связи условие

P отк 3 ≤

Р П соблюдается, т.е. P _{отк 3} =0,00048 < Р П =0,001.

Таким образом, принимаем необходимое число линий специальной связи «101» n = 3.

Вероятность того, что вызов будет принят на                          обслуживание (относительная пропускная способность сети), определяется как

Р обс =1- Р отк 3 =1-0,00048 =0,99952.

Таким образом, в установившемся режиме в сети специальной связи будет обслужено 99,9 % вызовов, поступивших по линиям связи "101".

Абсолютная пропускная способность сети специальной                          связи определяется выражением

А = l × Р обс = 0,1× 0,99952 = 0,099,

т.е. сеть специальной связи способна осуществить в среднем   0,099 разговора в минуту.

 

Находим среднее число занятых линий связи:

n з = y (1- P _{отк 3} ) =0,15(1-0,00048) =0,15.

Таким образом, при установившемся режиме работы                 сети специальной связи будет занята лишь одна линия связи.

Коэффициент занятости линий связи

Кз = n з / n = 0,15/ 3 = 0,05.

Определяем среднее число свободных линий связи:

Коэффициент простоя линий специальной связи

К n = n 0 / n = 2,85/ 3 = 0,95.

Фактическая пропускная способность сети специальной связи по линиям "101" с учетом аппаратурной надежности

q ф = (1 - Р отк 3) К г = (1 - 0,00048)× 0,8 = 0,799.

Необходимое число линий связи с учетом аппаратурной надежности:

n ф = n / К г =3/ 0,8 =3,75.

Принимаем n ф = 4

1.2.4. Определение необходимого числа диспетчеров

Время занятости диспетчера обслуживанием одного вызова

T _{обс 2} =     Т П + T _{обс 1} = 1,5 + 4 = 5,5 мин = 0,092 ч,

 

 

где Т П

- заданная величина времени одного "чистого" переговора

диспетчера с вызывающим абонентом; T _{обс 1} - время занятости диспетчера обработкой принятого вызова (запись поступившего вызова в журнале регистрации и т.п.).

По заданной интенсивности входного потока вызовов λ = 0,1 выз./мин, поступающих в сеть специальной связи, и времени обслуживания одного вызова диспетчером T _обс2 = 0,092 ч определим полную нагрузку на всех диспетчеров за смену, т.е. за 24 ч:

y _д = 24 λ T _обс2 = 24× 0,1× 60× 0,092= 6,62 ч - зан.,

где 60 – количество минут в 1 ч (при переводе λ в выз./ч).

Допустимая нагрузка на одного диспетчера за смену с учетом

коэффициента занятости диспетчера:

y 1 доп = K д y 1макс = 0,4×24 = 4,8 ч-зан.

Определим необходимое число диспетчеров:

n _д =

у д у 1 доп

=6,62= 1,4.

4,8

Округляя результат, принимаем два диспетчера на ЦУС гарнизона.

Таким образом, по результатам оптимизации сети специальной связи установлено, что на ЦУС отряда необходимо иметь 4 линии специальной связи «101» и два диспетчера.

1.3. Расчет и выбор высот установки антенн стационарных радиостанций

При определении высот подъема антенн стационарных радиостанций ЦУС и ПЧ, необходимых для обеспечения заданной дальности радиосвязи с самой удаленной ПЧ, следует пользоваться графическими зависимостями напряженности поля (Е_П, дБ) полезного сигнала от расстояния (d, км) между антеннами для различных значений произведения высот подъема антенн (h ₁h ₂, м²).

Эти графические зависимости приведены на рис. 1.3 и представляют собой медианные значения напряженности поля, превышаемые в 50% мест и 50% времени. Графики приведены для вертикальной поляризации антенн и условий распространения радиоволн в полосе частот 140-174 МГц [1, 11]. Графики построены для мощности излучения передатчика Р_пер =10 Вт. В случае отличия мощности излучения передатчика от 10 Вт необходимо пользоваться графиком, приведенным на рис. 1.4. Этот график представляет собой значения поправочного коэффициента В_М, дБ, учитывающего изменение мощности передатчика Р_пер, Вт от 1 до 100 Вт, в зависимости от типа применяемых радиостанций[1].

Графики напряженности поля (см. рис. 1.3) приведены для среднепересеченной местности (параметр рельефа местности D h =50 м). Среднепересеченной считается такая местность, на которой среднее колебание отметок высот не превышает 50 м [1].

В случае отличия рельефа местности от среднепересеченного необходимо ввести дополнительный коэффициент ослабления сигнала В_осл, значения которого для полосы частот 140-174 МГц приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2 Значения коэффициента ослабления в зависимости от рельефа местности

 

D h, м	30	40	50	70	90	110	120	140	150	170	190
В осл, дБ	-2	-1	0	1	3	4	5	6	7	8	9

 

D h, м	210	230	250	290	330	360	500
В осл, дБ	10	11	12	13	14	15	16

 

При расчете условий обеспечения заданной дальности радиосвязи

минимальное значение напряженности поля полезного сигнала

Е мин, дБ,

при котором обеспечивается высокое качество радиосвязи, принимается равным 20 дБ (10 мкВ/м).

Рис.1.3. Зависимость средних значений напряженности поля от расстояния между антеннами

 

 

B _М, дБ

10

 

 

5

 

 

0

 

 

-5

 

 

-10

1

 

2   3 4  5 6 7 8 910        20 30 40 50 60 70 8090

Р пер, Вт

Рис.1.4. Поправочный коэффициент, учитывающий отличие мощности

передатчика от 10 Вт

При одновременной работе близко расположенных радиостанций, работающих в различных радиосетях (на различных несущих частотах), возникает проблема обеспечения их электромагнитной совместимости, т.е. проблема обеспечения совместной работы радиостанций без взаимных мешающих влияний.

Под мешающими влияниями, прежде всего, понимается влияние передатчика одной радиостанции на приемник другой радиостанции, разнесенных между собой территориально и по частоте. Мешающие влияния должны учитываться, в первую очередь, в части блокирования полезного сигнала мешающим, большего уровня. Результаты экспериментальных исследований приемопередатчиков стационарных и возимых радиостанций показали, что для обеспечения заданного качества и надежности радиосвязи (заданного отношения сигнал/шум на выходе низкочастотного тракта приемника) в случае превышения допустимого уровня полезного сигнала на входе приемника[7].

Таким образом, для обеспечения радиосвязи с заданным качеством и надежностью (при заданной в контрольной работе величине превышения допустимого уровня мешающего сигнала D Е_доп, дБ) минимальную

величину напряженности поля

Е мин

необходимо увеличить на величину

D Е_доп (т.е. на то же число децибел).

Определение дальности радиосвязи необходимо проводить исходя из минимального значения напряженности поля с учетом влияния рельефа

местности, выходной мощности передатчика, затухания антенно-фидерных

трактов передатчика (b ₁ l 1) и приемника (b ₂ l 2), коэффициентов усиления

передающей (G ₁) и приемной (G ₂) антенн, величины превышения

допустимого уровня мешающего сигнала (D Е доп).

Таким образом, с учетом выше изложенного, величина напряженности поля полезного сигнала определяется по формуле [12]

Е п = Е мин + В осл - В м + b ₁ l 1 - G 1 + b ₂ l 2 - G 2 +D Е доп,

где b ₁, b ₂– коэффициент погонного затухания фидерного тракта

передатчика и приемника соответственно, дБ / м (определяется в зависимости от типа заданного коаксиального кабеля рис. 1.6); l ₁ и l ₂ – длина фидерного тракта передатчика радиостанции ЦУС и приемника радиостанции ПЧ соответственно, м; G ₁ =G ₂ = 1,5 дБ – коэффициент усиления антенн передатчика и приемника соответственно;

В_м – поправочный коэффициент, величина которого принимается равной 0 дБ (в соответствии с графиком рис. 1.4) в случае использования радиостанций, имеющих мощность излучения передатчика Р_пер = 10Вт.

 

Пример расчета и выбора установки антенн стационарных

Радиостанций

В соответствии с заданием разрабатывается координатная сетка с расположением заданного числа пожарных частей на территории в подчиненных  подразделениях МЧС ДНР. Кроме того, на координатной сетке указываются высоты размещения конкретно заданного числа ПЧ (параметры рельефа местности), с указанием высоты их расположения,

например: для ПЧ-3

h = 164 м, для ПЧ-4

h =175 м

и т.д.  (см. рис. 1.5. и

Приложение П. 2. Параметры рельефа местности, координатная сетка № 1).

Строится схема организации системы оперативной радиосвязи гарнизона и определяются максимальная и минимальная величины высот

перепада рельефа местности соответственно

h max× и × h min(см. рис. 1.5).

Параметр рельефа местности вычисляется из условий расстановки пожарных частей на местности по следующей формуле:

D h = h max

- h min

= 234 -164 =70 м.

Расстояние от ЦУС до самой удаленной ПЧ определяется из условия, что одна клетка координатной сетки соответствует 2 км. Тогда, построив прямоугольный треугольник, находим величину его гипотенузы, т.е. расстояние от ЦУС до самой удаленной ПЧ-2, рассчитывается по формуле Пифагора следующим образом:

182+122

d =              =21,6 км.

 

A  B  C  D  E  F  G  H  I   J  K  L  M  N  O  P  Q R

11

10

 

9 ₄

8         f ₄

f ₄

7

РТП

6

5   -р/сстационарная

 

4   -р/свозимая

 

3   -р/сносимая

 

 

АСО

ШТАБ

 

ПЧ-4 h=175

 

f 1

 

f 1

f ₃

f 1

ПЧ-5 h=179

 

 

ПЧ- 3 (ЦУС) h=164

 

f 1

ПЧ - 7 h=234

 

f 1

f 1

ПЧ- 6 h=174

2                  ПЧ-2

h=197

 

1

ПЧ-1 h=220

 

Рис.1.5. Схема организации радиосвязи в заданном отряде

Предположим, что радиостанции в сети радиосвязи заданного пожарно-спасательного отряда работают в диапазоне частот 172-173 МГц. Тогда из графических зависимостей рис. 1.6 для коаксиального кабеля типа РК 75-2-21 определяется коэффициент погонного затухания, который

составляет b = 0,16 дБ/м.

 

 

 

 

 

Величина напряженности поля полезного сигнала рассчитывается по следующей формуле:

Е п = Е мин + В осл - В м + b ₁ l 1 - G 1 + b ₂ l 2 - G 2 +D Е доп =

=20+1-0+0,16×20-1,5+0,16×15-1,5+6=29,6 дБ.

По полученной величине напряженности поля полезного сигнала на входе приемника Е_п = 29,6 дБ и найденному расстоянию ПЧ-2 от ЦУС d = 21,6 км (дальности действия радиосвязи) с помощью графиков рис. 1.3 определяется произведение высот стационарных антенн h ₁h ₂ = 120 м².

Из полученного произведения высот подбираются необходимые высоты установки стационарных антенн:

высота антенны стационарной радиостанции на ЦУС - h ₁ = 12 м, высота антенны стационарной радиостанции на самой удаленной ПЧ-2

составляет h ₂ = 10 м.

Пользуясь изложенным выше алгоритмом расчета, можно определить максимальную дальность радиосвязи между ЦУС и пожарными автомобилями. В этом случае высота установки антенны на пожарном автомобиле принимается равной 2 м. Проведение данного расчета в задание не входит.

На рис.1.6 представлен фрагмент организации связи на месте пожара или ЧС. Связь на пожаре предназначена для управления силами и средствами, обеспечения их взаимодействия и обмена информацией [2]. Связь на пожаре организуется для управления пожарными подразделениями на месте пожара, обеспечения их взаимодействия и своевременной передачи информации с места пожара на ЦУС или ПЧ.

На месте пожара организуются  следующие  виды связи[2]:

· связь управления – между штабом пожаротушения, организованном на базе автомобиля связи и освещения (АСО), руководителем тушения пожара (РТП) и подразделениями, работающими на пожаре или на месте ЧС, с помощью носимых радиостанций, которыми оснащены РТП и участники тушения пожара или ликвидации ЧС;

· связь взаимодействия – между начальниками участков пожаротушения и подразделениями, работающими на пожаре, при помощи носимых радиостанций,

· связь информации – между оперативным штабом пожаротушения (РТП) и ЦУС с использованием возимой радиостанции, установленной на автомобиле связи и освещения.

1.4. Выбор перечня технических средств оперативной связи для заданного гарнизона пожарной охраны

В курсовом проекте необходимо осуществить выбор технических средств связи стационарных и подвижных узлов связи отряда, а также линий и каналов связи, предназначенных для обеспечения управления повседневной деятельностью пожарно-спасательных подразделений.

Примерный перечень технических средств, необходимых для организации системы оперативной связи в подчиненных  подразделениях МЧС ДНР, приведен в табл. 1.4. Для обучающихся по заочной форме обучения, перечень технических средств может выбираться из состава средств, используемых в конкретном пожарно-спасательном отряде по месту прохождения службы.

Таблица 1.4

Примерный перечень технических средств оперативной связи

№ пп	Оборудование		Кол-во, шт.	Примечания
1	2		3	4