Разработка системы связи и автоматизированной системы оперативного управления гарнизона пожарной охраны

Связь ЦУС с ССГ осуществляется по прямым некоммутируемым линиям связи, по линиям АТС и по линиям спецсвязи "01 " через узел спецсвязи (УСС). Связь ЦУС с особо важными  объектами осуществляется по прямым линиям связи, линиям АТС и высокочастотным (ВЧ) каналам. Высокочастотные каналы, как правило, служат для передачи дискретных сигналов, в частности, от датчиков контроля автотранспорта, находящегося в депо пожарных частей, а также  от аппаратуры автоматической пожарной сигнализации, установленной на охраняемых объектах.

При наличии  в городе совмещенной охранно-пожарной сигнализации ЦУС и ПЧ имеют связь  по прямым линиям связи и по линиям АТС с пунктами централизованной охраны (ПЦО). Сигналы, принятые на ПЦО  от совмещенных объектовых устройств тревожной сигнализации, передаются на ЦУС или в пожарную часть.

 

 

 

1.2. Расчет основных характеристик  системы оперативной связи гарнизона  ПО

1.2.1. Расчет числа резервных  каналов связи для обеспечения  требуемой надежности системы  связи

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

P_n(t) = 1 – ,     (1)

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

Величина вероятности безотказной  работы одного канала связи 

.

По приведенной в задании  требуемой вероятности безотказной  работы системы Ртр определяем необходимое количество каналов Nтр, преобразуя выражение (1)

1 – P_mp =

.

Прологарифмируем это выражение 

ln(1 – P_mp) =

.

Определяем требуемое количество каналов системы связи 

N_mp =

= = = 2,551 ≈ 3.

Таким образом, для обеспечения  требуемой надежности системы связи  необходимо иметь 4 канала связи.

 

1.2.2. Определение интенсивности  входного потока вызовов, поступающего  на ЦУС по линиям «01»

Гистограмма распределения  числа вызовов, поступающих в  течение суток по линиям спецсвязи  «01» на ЦУС гарнизона, на рис. 1.2 строится на основании статистических данных – таблица 1.1.

 

 

 

 

 

 

Часы суток

Рис.1.2. Гистограмма распределения  числа вызовов по часам суток 

в сети спецсвязи «01»

Интенсивность входного потока вызовов в течение суток 

 

где N – общее число поступивших вызовов в течение суток.

Средняя интенсивность поступающих  на ЦУС вызовов 

 

В заданном гарнизоне интенсивность  входного потока вызовов в течение  суток составляет λ = 0,13 выз./мин, а средняя интенсивность λ_ср = 7,83выз./ч.

1.2.3. Оптимизация  сети спецсвязи по линиям “01”  и расчет пропускной способности 

Оптимизация сети спецсвязи  по линиям «01» сводится к нахождению числа линий связи «01» и  необходимого количества диспетчерского состава, при которых обеспечиваются заданная вероятность потери вызова и необходимая пропускная способность  сети спецсвязи Р_П = 0,001.

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,

 

где λ – интенсивность входного потока вызовов по линиям спецсвязи «01»;

 – среднее время переговора в сети специальной связи по линиям «01».

В общем виде вероятность  того, что все линии связи свободны,

 

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 (вероятность отказа в обслуживании),

 

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

 

Сравнивая полученное значение P_отк1 и заданное значение вероятности потери вызова, приходим к выводу, что условие P_отк1 ≤ Р_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

 

Сравнивая полученное значение P_отк2 и заданное значение Р_П, приходим к выводу, что условие P_отк1 ≤ Р_П  не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до n = 3. При этом вероятность того, что три линии связи будут свободны, определяется по формуле:

 

Вероятность отказа при этом

 

Сравнивая полученное значение Pотк3 и заданное значение Р_П, приходим к выводу, что при трех линиях связи условие Pотк3 ≤ Р_П соблюдается,

P_отк3 = 0,000321

Р_П = 0,001.

Т.е., принимаем необходимое  число линий спецсвязи «01» n = 3.

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

 

Р_обс = 1 – Р_отк4 = 1 – 0,000321 = 0,999678.

 

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

Абсолютная пропускная способность  сети спецсвязи 

A = λ * P_обс = 0,13 * 0,999 =0,1299

– сеть спецсвязи способна осуществить в среднем 0,1299 разговора в минуту.

Находим среднее число  занятых линий связи:

n_з = y(1 – P_отк3) = 0,13(1 –0,000321) = 0,12958.

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

Коэффициент занятости линий связи 

K_з = n_з/n = 0,13/3 = 0,043.

Определяем среднее число  свободных линий связи:

n₀ =

= (3 + + )0,8791 ≈2,873.

Коэффициент простоя линий  спецсвязи

K_n = n₀/n = 2,873/3 = 0,957.

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

q_ф = (1 − Р_отк4)⋅K_г = (1 – 0,000321)⋅0,75 = 0,749.

Необходимое число линий  связи с учетом аппаратурной надежности:

n_ф = n/K_г = 3/0,75 =4.

1.2.4. Определение  необходимого числа диспетчеров

Время занятости диспетчера обслуживанием одного вызова

 

где – 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 = 0,13 выз./мин, поступающих в сеть спецсвязи, и времени обслуживания одного вызова диспетчером T_обс2 = 0,096 ч определим полную нагрузку на всех диспетчеров за смену (за 12ч):

 

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

Допустимая нагрузка на одного диспетчера за смену с учетом коэффициента занятости диспетчера:

 

Определим необходимое число  диспетчеров:

 

Округляя результат, принимаем  два диспетчера на ЦУС гарнизона.

Таким образом, по результатам  оптимизации сети спецсвязи определено, что на ЦУС гарнизона необходимо иметь 4 линий спецсвязи «01» и два диспетчера.

 

1.2.5. Определение  интенсивности входного потока  вызовов 

в сети радиосвязи

Гистограмма распределения  числа вызовов, поступающих в  течение суток в радиосети  гарнизона, представлена на рис. 1.3 (строится на основании статистических данных – табл. 1.2).

 

Рис.1.3. Распределение числа  вызовов по часам суток в сети радиосвязи

 

Интенсивность входного потока вызовов в течение суток 

 

где N_р – общее число поступивших вызовов по радиосети в течение суток.

Средняя интенсивность поступивших  вызовов определяется выражением

 

 

В данном гарнизоне пожарной охраны интенсивность входного потока вызовов в сети радиосвязи в течение  суток составляет λ = 0,047 выз./мин, а средняя интенсивность составляет λ_ср = 2,83 выз./ч.

 

1.2.6. Расчет оперативности  и эффективности функционирования  системы радиосвязи

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

                              Q = P[(Т_Пр + T_Н) ≤ T_ОП],      (2)

где Т_Пр – время "чистого" переговора в радиосети; 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,                                          (3)

где P₀ – вероятность того, что радиоканал свободен; P₁ – вероятность того, что радиоканал занят, но ожидающих абонентов нет.

Вероятности состояний сети радиосвязи P0 и P1

     (4)

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

Из формул (3), (4) следует

 

Эффективность функционирования – показатель качества использования  канала связи для выполнения заданных функций в радиосети

                                                           (5)                                                     

где n – число возможных состояний системы связи; P_i – предельные вероятности состояния системы; Т_Пi – эффективное время передачи информации при i-том вызове; Т_Нi – непроизводительные затраты времени при i-том вызове.

Эффективность функционирования радиосети может быть оценена  средним состоянием сети радиосвязи в данный момент времени и определяться как математическое ожидание отношения  чистого времени переговоров  к общему времени доставки информации.

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

 

где Т_Пр, Т_Н – время переговора и непроизводительные затраты времени в радиосети соответственно.

Расчет  характеристик оперативности радиосвязи и эффективности функционирования радиосети.

Нагрузка в сети радиосвязи 

где Т_Пр – время переговоров в радиосети.

Оперативность радиосвязи при  этом

 

 

 

.

Эффективность функционирования радиосети 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Расчет и  выбор высот установки антенн  стационарных радиостанций 

При определении высоты 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) сигнала от расстояния (d, км) между антеннами для различных значений произведения высот подъема антенн (h₁∙h₂, м²).

Рис.1.4. Зависимость средних  значений напряженности поля от расстояния между антеннами

Эти графические зависимости  приведены на рис. 1.4 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, 12]. Графики  построены для мощности излучения  передатчика Р_пер = 10 Вт. В случае отличия мощности излучения передатчика от 10 Вт необходимо пользоваться графиком на рис. 1.5. 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 (рис. 1.4) приведены для среднепересеченной местности (параметр рельефа местности h = 40 м). Среднепересеченной считается такая местность, на которой среднее колебание отметок высот не превышает 40 м [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.5. Поправочный коэффициент, учитывающий отличие мощности передатчика  от 10 Вт

В случае отличия рельефа  местности от среднепересеченного  необходимо ввести дополнительный коэффициент  ослабления сигнала Восл, значения которого для полосы частот 140…174 МГц приведены в табл. 1.6.