Расчет характеристик устойчивости системы оперативной связи

Перечень технических средств связи

 

Оборудование	Кол-во, шт.	Примечание
Станция оперативной связи типа ПОС-90 (на ЦУС)		Имеет 2 пульта управления и 90 линий прямых абонентов, 2 линии выделенных абонентов, 20 соединительных линий к спецслужбам
Станция оперативной связи типа СОС-ЗОМ (в пожарных частях)		Имеет 1 пульт и 30 прямых линий
Телефонный аппарат типа ТАН-67
Телефонный аппарат типа ТАН-ННК		Имеет кнопочный номеронабиратель
Магнитофон 8-канальньй типа ШХР-208		Рассчитан на 24 ч непрерывной работы
Телеграфный аппарат типа РТА-80		Рулонный телеграфный аппарат со скоростью передачи знаков 80 Бод
Радиостанция стационарная типа "Виола-АС"		Мощность излучения передатчика Рпер=10 Вт
Радиостанция возимая типа "Виола-АА"		Разнос частот между соседними каналами 25 кГц
Пульт тревожной сигнализации и оповещения ПТСО-10		Изготовитель ПТСО-10 – г.Санкт-Петербург
Сеть распорядительно-поисковой связи. Центральный усилитель типа TУ-600		Мощность усилителя от 100 до 1000 Вт. Один усилитель резервный ТУ-100
Громкоговоритель		Тип 25 ГРД-IУ-5 - 5 шт., 10 ГРД-IУ-5 - 10 шт.
Аппаратура факсимильной связи		Передатчик типа «Формат-Д» Приемник типа «Формат-ПА»

 

 

Расчет основных характеристик системы оперативной связи

Расчет характеристик устойчивости системы оперативной связи

 

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

,

где - вероятность безотказной работы i-го канала связи; λ_П - интенсивность повреждения канала связи; t - время работы канала связи.

Устойчивость системы оперативной связи, состоящей из двух каналов связи (основного и резервного), оценивается следующей вероятностью безотказной работы при заданных значениях P₁ и P₂:

 

P₂ (t) = 1 – [(1 - P₁) (1- P₂)] = 1 – [(1- 0,92) (1-0,91)] = 0,9928.

Таким образом, в результате резервирования основного канала связи устойчивость системы оперативной связи в целом повышается на величину

P₂ (t) – P₁ = 0,9928 - 0,92 = 0,0728.

2.3.2 Оптимизация сети спецсвязи по линиям “01”

и расчет ее пропускной способности

Оптимизация сети специальной связи сводится к нахождению такого числа линий связи "01" и диспетчеров, при которых обеспечиваются заданная вероятность потери вызова и необходимая пропускная способность сети спецсвязи.

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 спецсвязи, может быть представлена как

y = λT _n = = 0,05 мин-зан.

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

Р ₀₁ = 1 / ,

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

 

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

 

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

 

,

 

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

.

 

Сравнивая полученное значение P_отк1 и заданное значение вероятности потери вызова P_П = 0,001, приходим к выводу, что условие P_отк1 ≤ P_П не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до n = 2. При этом вероятность того, что две линии связи будут свободны,

 

.

 

Вероятность отказа при этом определяется как

 

.

 

Сравнивая полученное значение P_отк2 и заданное значение P_П, приходим к выводу, что условие P_отк2 ≤ P_П не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до n = 3. При этом вероятность того, что три линии связи будут свободны,

 

.

 

Вероятность отказа при этом определяется как

 

.

 

Сравнивая полученное значение P_отк3 и заданное значение P_П, приходим к выводу, что при трех линиях связи условие P_отк3 ≤ P_П соблюдается, т.е. P_отк3 = 0,000018 < P_П = 0,001. Таким образом, принимаем n = 3.

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

 

P_обс = 1 – P_отк3 = 1 – 0,000018 = 0,999982.

 

Таким образом, в установившемся режиме в сети спецсвязи будет обслужено 99,9 % поступивших по линиям связи "01" вызовов.

Абсолютная пропускная способность сети спецсвязи определяется выражением

A = λ P_обс = 0,999982 = 0,099.

 

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

Находим среднее число занятых линий связи:

 

n_з = y (1 – P_отк3) = 0,05(1 – 0,000018) = 0,05.

 

Таким образом, при установившемся режиме работы сети спецсвязи будет занята лишь одна линия связи, остальные будут простаивать, т.е. достигается высокий уровень эффективности обслуживания – 99,95 % всех поступивших вызовов.

Коэффициент занятости линий связи

 

К_з = n_з /n = 0,05/3 = 0,017.

 

Определяем среднее число свободных линий связи:

 

Коэффициент простоя линий спецсвязи

 

K_п = n₀/n = 2,906/3 = 0,969.

 

Фактическая пропускная способность сети спецсвязи по линиям "01" с учетом аппаратурной надежности

 

q _ф = (1 – P_отк3) K_г = (1-0,000018)0,5 = 0,499.

 

Необходимое число линий связи с учетом аппаратурной надежности:

n_ф = n/K_г = 3/0,5 = 6.

Время занятости диспетчера обслуживанием одного вызова

T_обс2 = T_n + T_обс1 = 0,5 + 2 = 2,5 мин = 0,04 ч.,

где T_n - заданная величина времени одного "чистого" переговора диспетчера с вызывающим абонентом; T_обс1 - 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 спецсвязи, и времени обслуживания одного вызова диспетчером T_обс2 = 0,04 ч определим полную нагрузку на всех диспетчеров за смену, т.е. за 24 ч:

y_д = 24 λ T_обс2 = = 7,76 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_1доп = K_д y_1макс = = 12 ч-зан.

 

Определим необходимое число диспетчеров:

 

n_д =

 

Округляя результат, принимаем одного диспетчера.

Таким образом, по результатам оптимизации сети спецсвязи определено, что необходимо иметь 3 линии связи “01” и одного диспетчера.

 

2.3.3 Расчет характеристик оперативности и эффективности функционирования радиосвязи

 

Оперативность радиосвязи характеризуется вероятностью того, что информация от одного абонента к другому будет передана в течение времени, не более заданного:

 

Q = P[(T_n + T_н) ≤ T_ОП],

 

где T_n – время "чистого" переговора; T_н – непроизводительные затраты времени на набор номера абонента, посылку вызова и т.п.; T_ОП – заданная величина времени, определяющая оперативность связи (критерий оперативности).

В случае, когда надежность и качество радиоканала идеальны, оперативность радиосвязи оценивается по формуле:

 

Q = P₀ + P₁,

 

где P₀ - вероятность того, что радиоканал свободен;

P₁- вероятность того, что радиоканал занят, но ожидающих нет.

Вероятности состояний сети радиосвязи P₀ и P₁ рассчитываются по формулам:

 

; ,

 

где N - число радиостанций в сети радиосвязи (число абонентов в радиосети); y₀ - нагрузка в сети радиосвязи; k - последовательность чисел k = 0, 1, 2..., N.

Эффективность функционирования радиосети может быть оценена математическим ожиданием случайной величины ее состояния Е, которое является показателем целесообразности использования радиосети для выполнения заданных функций.

В случае, когда надежность и качество радиоканала идеальны, эффективность функционирования радиосети оценивается по следующей формуле:

 

,

 

где T_n, T_н – соответственно время переговора и непроизводительные затраты времени в радиосети.

 

Пример расчета

Задано: нагрузка в радиосети у₀ = 0,2 мин-зан.;

число радиостанций в радиосети N = 4;

время переговора в радиосети Т_п=1,2 мин;

непроизводительные затраты времени Т_н=0,3 мин.

Оперативность радиосвязи при этом определяется как

 

 

Эффективность функционирования радиосети

2.3.4 Определение необходимых высот подъема антенн стационарных радиостанций

 

При определении высот подъема антенн стационарных радиостанций ЧУС 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 (h₁h₂, м²).Эти графические зависимости приведены на рис. 1.2 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. 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. 1.3. 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.

 

 

Рис. 1.2. Зависимость средних значений напряженности поля от расстояния между антеннами

 

 

Рис. 1.3. Поправочный коэффициент, учитывающий отличие мощности

передатчика от 10 Вт

 

Графики напряженности поля (см. рис. 1.2) приведены для среднепересеченной местности (параметр рельефа местности h =50 м). Среднепересеченной считается такая местность, на которой среднее колебание отметок высот не превышает 50 м.

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

 

h, м
В осл, дБ	-2	-1

 

h, м
В осл, дБ

 

 

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).

При одновременной работе близко расположенных радиостанций, работающих в различных радиосетях (на различных несущих частотах), возникает проблема обеспечения их электромагнитной совместимости, т.е. 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. 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. Таким образом, для обеспечения радиосвязи с заданным качеством и надежностью (при заданной в контрольной работе величине превышения допустимого уровня мешающего сигнала Е _доп, дБ) необходимо минимальную величину напряженности поля Е_мин увеличить на величину 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 антеннофидерных трактов передатчика и приемника , коэффициентов усиления передающей (G₁) и приемной (G₂) антенн, величины превышения допустимого уровня мешающего сигнала .

Таким образом, с учетом вышеизложенного, величина напряженности поля полезного сигнала определяется по формуле:

 

дБ,

 

где дБ / м – коэффициент погонного затухания фидерного тракта передатчика и приемника соответственно; l₁ и l₂ – длина фидерного тракта передатчика радиостанции ЦУС и приемника радиостанции ПЧ соответственно, м; G₁=G₂= 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. 1.3) в случае использования радиостанций типа «Виола», имеющих мощность излучения передатчика Р_пер = 10 Вт. По полученной величине напряженности поля полезного сигнала на входе приемника Е_п = 31 дБ и заданному удалению ПЧ от ЦУС (заданной дальности радиосвязи) = 24 км с помощью графиков (см. рис. 1.2) определяется произведение высот антенн h₁h₂ = 150 м². Из полученного произведения высот выбираются необходимые высоты стационарных антенн ЦУС h₁ = 15 м и удаленной ПЧ h₂ = 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.

 

2.4 Разработка схемы организации и размещения средств связи на пожаре

 

Связь на пожаре предназначена для управления силами и средствами, обеспечения их взаимодействия и обмена информацией.

Для управления силами и средствами на пожаре устанавливается связь между руководителем тушения пожара (РТП) и штабом пожаротушения, начальником тыла (НТ), начальниками боевых участков (БУ) и при необходимости с пожарными автомобилями. Связь на пожаре обеспечивает управление работой подразделений и получение от них сведений об обстановке на пожаре. Схема организации и размещения средств радио- и проводной связи на пожаре приведена на рис. 1.4.

 

 

Рис. 1.4. Схема организации и размещения средств радио и проводной связи на пожаре

 

 

Связь на месте пожара при организации оперативного штаба пожаротушения на базе автомобиля связи и освещения (АСО) осуществляется с использованием средств радио- и проводной связи.

Для организации проводной связи используется коммутатор оперативной связи (КОС), к которому подключены телефонные аппараты с тональным вызовом для руководителя тушения пожара и начальников боевых участков.

Для организации телефонной связи РТП с диспетчером ЦУС в коммутаторе предусмотрена возможность подключения к телефонной сети города через районную АТС. Для осуществления громкоговорящего оповещения на месте пожара используется усилитель мощности (УМ), к которому подключены громкоговорители на каждый боевой участок. При этом РТП с помощью выносного микрофона (М) имеет возможность передачи циркулярной информации на все боевые участки.

Для организации радиосвязи руководителя тушения пожара с диспетчером ЦУС и дежурными пожарных частей на автомобиле связи и освещения установлена возимая радиостанция (РВ), а в пожарных частях и на ЦУС устанавливаются стационарные радиостанции (РС).

Радиосвязь РТП с начальниками боевых участков осуществляется с помощью носимых радиостанций (РН).

 

3. Исходные данные для расчетов

 

Варианты исходных данных для выполнения расчётно – графической проекта приведены в табл. 3.1.

 

Таблица 3.1

Исходные данные для расчётно – графической работы

 

№ п/п	Параметры	Вариант
	Число пожарных частей в гарнизоне N ПЧ
	Максимальное удаление ПЧ от ЦУС d, км
	Параметр рельефа местности h, м
	Превышение доп. уровня мешающего сигнала Е доп, дБ
	Длина фидерного тракта антенн: ЦУС – l1 и ПЧ - l2, м (l1; l2)	10;6	9;5	6;7	8;5	8;6	8;6	6;5	7;6	9;4	9;5
	Интенсивность потока вызовов , выз./мин	0,46	0,53	0,14	0,14	0,35	0,26	0,22	0,46	0,47	0,30
	Среднее время переговора Т п, мин	0,7	1,0	0,2	0,4	0,1	0,6	1,1	0,3	0,4	0,6
	Вероятность безотказной работы основного канала связи Р1	0,99	0,90	0,96	0,96	0,94	0,92	0,93	0,96	0,95	0,95
	Вероятность безотказной работы резервного канала связи Р2	0,89	0,87	0,85	0,89	0,89	0,93	0,93	0,93	0,92	0,88
	Коэффициент занятости диспетчера К д	0,5	0,9	0,7	0,9	0,7	0,6	0,6	0,8	0,5	0,8
	Коэффициент готовности аппаратуры К г	0,97	0,96	0,88	0,98	0,94	0,98	0,94	0,96	0,91	0,87
	Нагрузка в радиосети у0, мин.-зан.	0,1	0,1	0,9	0,5	0,6	0,8	0,5	0,3	0,7	0,9
	Число абонентов в радиосети N

Продолжение табл. 3.1

 

№ п/п	Параметры	Вариант
	Число пожарных частей в гарнизоне N ПЧ
	Максимальное удаление ПЧ от ЦУС d, км
	Параметр рельефа местности h, м
	Превышение доп. уровня мешающего сигнала Е доп, дБ
	Длина фидерного тракта антенн: ЦУС – l1 и ПЧ - l2, м (l1; l2)	9;5	9;4	7;7	10;5	7;3	7;4	8;4	8;6	6;4	9;3
	Интенсивность потока вызовов , выз./мин	0,22	0,52	0,47	0,38	0,25	0,34	0,11	0,28	0,21	0,34
	Среднее время переговора Т п, мин	0,2	1,3	0,9	0,5	0,4	0,4	0,3	0,3	1,2	0,9
	Вероятность безотказной работы основного канала связи Р1	0,91	0,94	0,94	0,91	0,93	0,98	0,97	0,93	0,90	0,96
	Вероятность безотказной работы резервного канала связи Р2	0,85	0,90	0,93	0,93	0,95	0,92	0,89	0,85	0,86	0,87
	Коэффициент занятости диспетчера К д	0,4	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0,5	0,6	0,8	0,5
	Коэффициент готовности аппаратуры К г	0,97	0,86	0,92	0,94	0,94	0,91	0,86	0,86	0,90	0,93
	Нагрузка в радиосети у0, мин.-зан.	0,4	0,5	0,2	0,8	0,6	0,8	0,7	0,2	0,7	0,9
	Число абонентов в радиосети N

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В результате выполнения РГР студенты углубят свои знания о проводной связи и радиосвязи, тактико – технических характеристиках аппаратуры связи, применяемой в подразделениях пожарной охраны

Глубокие и твёрдые знания в области противопожарной защиты позволяют руководителям проводить эффективные мероприятия противопожарные мероприятия и добиваться высоких показателей в экономической деятельности предприятий, так как при недопустимом пожарном риске эксплуатация объектов приостанавливается в соответствии с действующим законодательством, а его дальнейшая работа возможна только при выполнении необходимого комплекса организационно – технических и инженерно – технических мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Андреев А.И. Автоматизированные системы и связь в пожарной охране: учеб. пособие / А.И. Андреев, М.Х. Ахтямов. – Хабаровск.: Издательство ДВГУПС, 2008

2. Зыков В.И. и др.Автоматизированные системы управления и связь: учебник / В.И. Зыков, А.В Командиров, А.Б Мосягин, И.М Тетерин, Ю.В Чекмарёв; под общ. ред. профессора В.И. Зыкова. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2006

3. Андреев А.И. Методические указания к выполнению курсовой работы

По дисциплине «Системы связи и оповещения» Для специальности 330600 «Защита в чрезвычайных ситуациях». – ТОГУ, 2008

4. Об утверждении Норм табельной положенности пожарно-технического вооружения и аварийно-спасательного оборудования для основных и специальных пожарных автомобилей, изготавливаемых с 2006 года. Приказ МЧС № 425 от 25.07.2006 г.