Содержание к диссертации
Введение
1 Исследование принципов и проблем применения мобильных систем радиосвязи для повышения безопасности в чрезвычайных ситуациях на железнодорожном транспорте 12
1.1 Исследование нормативно-правовых и инженерно-технических проблем спасения населения в условиях чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте 12
1.2 Анализ характеристик мобильной радиосвязи, влияющих на безопасность в условиях ЧС на железнодорожном транспорте 20
1.3 Исследование проблем живучести и качества мобильной радиосвязи в чрезвычайных ситуациях как средства управления, связи и оповещения на железнодорожном транспорте 29
1.4 Принципы построения системы вызова экстренных служб по единому номеру 112 на базе систем мобильной радиосвязи и определение местоположения вызывающего абонента 31
1.5 Выводы по главе 1 33
2 Повышение эффективности управления и принятия решений в чрезвычайных ситуациях с использованием систем связи, оповещения и автоматизированных информационных систем 35
2.1 Государственные системы, используемые для оповещения населения, предупреждения и ликвидации ЧС на железнодорожном транспорте .35
2.2 Комплексная система экстренного оповещения населения об угрозе возникновения или о возникновении чрезвычайных ситуаций 44
2.3 Обеспечение безопасности общероссийской комплексной системой ОКСИОН 46
2.4 Обеспечение безопасности системой защиты от угроз природного и техногенного характера, информирования и оповещения населения на транспорте (СЗИОНТ) 49
2.5 Анализ деловых процессов функционирования регионального ЦУКС МЧС РФ 58
2.6 Разработка модели базы данных информационной системы ЦУКС .72
2.7 Выводы по главе 2 .83
3 Анализ и разработка моделей и методики повышения живучести мобильных сетей радиосвязи для обеспечения безопасности в условиях ЧС 84
3.1 Оценка живучести по топологии сети мобильной радиосвязи 84
3.2 Модели расчета характеристик радиодоступа мобильной сети связи 92
3.3 Модели потоковых сетевых систем в терминах теории графов 97
3.4 Размещение базовых станций и определение зоны хэндовера в сетях радиосвязи для повышения безопасности при чрезвычайной ситуации .114
3.5 Выводы по главе 3 .120
4 Разработка физической модели для определения характеристик мобильных сетей радиосвязи, повышающих безопасность в условиях ЧС на железнодорожном транспорте 122
4.1 Разработка физического имитатора радиоканала ФИР и экспериментальное определение его характеристик 122
4.2 Методика расчета дальности действия передатчиков в сети радиосвязи при ЧС с применением физического имитатора радиоканала .135
4.3 Методика определения величины зоны «мягкого хэндовера» в сетях радиосвязи на железнодорожном транспорте с использованием физического имитатора радиоканала .146
4.4 Выводы по главе 4 .153
Заключение 154
Список литературы 156
Список сокращений 169
Приложения 172
- Анализ характеристик мобильной радиосвязи, влияющих на безопасность в условиях ЧС на железнодорожном транспорте
- Анализ деловых процессов функционирования регионального ЦУКС МЧС РФ
- Модели потоковых сетевых систем в терминах теории графов
- Методика определения величины зоны «мягкого хэндовера» в сетях радиосвязи на железнодорожном транспорте с использованием физического имитатора радиоканала
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Железнодорожный транспорт - это один из основных видов транспорта в России. Преимуществами его являются возможность обеспечения самых объемных грузовых и пассажирских перевозок и независимость функционирования от метеорологических условий, сезона или времени суток. Железные дороги России имеют колоссальную протяженность, высокую надежность и обеспечивают большую пропускную способность во всех регионах страны. Изложенные достоинства и преимущества железнодорожного транспорта закономерно влекут за собой опасность возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) и необходимость разработки существенных мер по их предупреждению и ликвидации.
На основании вышеизложенного, предупреждение и ликвидация ЧС на железнодорожном транспорте является одной из важнейших проблем. Силы, средства и правила, направленные на предупреждение и ликвидацию ЧС, регламентированы «Положением о функциональной подсистеме предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций», утвержденным Приказом Минтранса РФ №12 от 23 января 2009 г. В Положении особое внимание уделено вопросам устойчивости и организации связи с целью предотвращения и ликвидации последствий ЧС на железнодорожном транспорте.
В настоящее время системы подвижной радиосвязи являются наиболее востребованными и широко используемыми. Для организации сетей подвижной радиосвязи на железнодорожном транспорте могут и должны использоваться сети связи общего пользования. Важнейшим критерием оценки применимости той или иной сети радиосвязи, особенно в условиях ЧС, является реализация максимального доступа к услугам сети (наибольшее число пользователей при максимальной территории обслуживания). В случае возникновения ЧС наиболее востребованными являются следующие характеристики сети радиосвязи: надежность, площадь радиопокрытия, производительность и живучесть сети в экстренной ситуации. Эти характеристики обеспечивают координацию действий спецслужб, проведение спасательных мероприятий, спасение людей и др.
Живучесть сети является основным понятием, входящим в понятие надежности сети связи. Основным результатом обеспечения живучести является функционирование сети при возникновении повреждений или сбоев в работе и ее способность оперативного восстановления после сбоя. Наиболее вероятными взаимовлияющими факторами, снижающими
доступность и живучесть сети радиосвязи при ЧС, являются перегрузки и срыв связи.
Перегрузки, очевидно, являются следствием скопления большого количества людей в зоне обслуживания одной базовой станции (БС). Это вполне объяснимо в условиях ЧС - все пострадавшие будут одновременно пробовать связаться со службами спасения и со своими близкими. Экстренное увеличение числа пакетных и голосовых сессий может повлечь за собой отказ сетевых элементов и устройств коммутации. Срыв связи с наибольшей вероятностью может быть инициирован воздействием поражающих факторов, вызвавших неработоспособность сетевого оборудования.
Для реализации сетей и систем радиосвязи на железнодорожном транспорте и транспортных объектах с прилегающей к ним территорией применяются сети мобильной связи. В настоящее время большинство из них — сети связи третьего поколения 3G с пакетной коммутацией и скоростью передачи до 3,6 Мбит/с в диапазоне частот 2,4 ГГц. В связи с этим существенная часть диссертационного исследования посвящена именно таким сетям связи.
Одним из основных преимуществ сетей 3G (технология кодового разделения каналов), по сравнению с сетями 2G (с многостанционным доступом с временным разделением каналов) является реализация другого принципа эстафетной передачи обслуживания абонента при переходе его из одной соты другую - «мягкого хэндовера», снижающего вероятность срыва связи в процессе передачи обслуживания. Именно это свойство сети является критически важным при возникновении и ликвидации ЧС.
Перечисленное выше свидетельствуют об актуальности темы диссертации.
Степень разработанности темы исследования. Проблемами обеспечения безопасности при ЧС на железнодорожном транспорте, а также решением задач надежности средств связи, оповещения и информирования при возникновении ЧС занимается широкий круг отечественных и зарубежных ученых. Наибольший интерес представляют прикладные и теоретические исследования Гапановича В.А., Розенберга И.Н., Пономарева В.М., Замышляева A.M., Цыцаревой М.Б., Трушкина В.П. и др. -в сфере безопасности на железнодорожном транспорте; Величко В.В., Зыкова В.И., Кокшина В.В., Кульбы В.В., Фомина А.Ф. и др.- в сфере создания систем безопасности в чрезвычайных ситуациях; Гольдштейна Б.С, Горелова Г.В., Ваванова Ю.В., Волкова А.А., Ромашковой О.Н, Тулякова Ю.М., Соколова Н.А., Яновского Г.Г.и др. - в сфере исследования
и разработки систем мобильной радиосвязи на железнодорожном транспорте.
В то же время в научных работах не уделено достаточного внимания комплексному решению задач обеспечения безопасности в ЧС на железнодорожном транспорте методами повышения надежности, живучести и качества мобильных систем радиосвязи. Методы повышения живучести сетей радиосвязи исследовались отдельно без учета особенностей влияния ЧС. Мобильная радиосвязь рассматривалась только как составляющая системы оповещения населения при ЧС.
Анализ научных трудов по комплексным подходам показал, что разработки в этом аспекте никогда ранее не осуществлялись.
Тема исследования данной диссертационной работы находится на стыке нескольких различных научно-технических областей, и до настоящего момента ее никто четко не обозначал, что объясняет слабую степень её разработан ности.
Цели и задачи работы.
Цель работы - повышение безопасности в ЧС на железнодорожном транспорте путем использования новых эффективных упреждающих способов повышения живучести и качества мобильных систем радиосвязи и автоматизированных информационных систем.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
выполнить анализ принципов и проблем повышения безопасности в условиях ЧС на железнодорожном транспорте с использованием мобильных систем радиосвязи;
смоделировать и разработать автоматизированную информационно-управляющую систему для поддержки информирования и оповещения населения в местах массового пребывания людей (транспортном узле) на основе логической и физической модели базы данных - инструмент повышения безопасности, эффективности управления и принятия решений в ЧС;
для повышения безопасности в ЧС на железнодорожном транспорте разработать модели и методики повышения живучести и надежности мобильных систем радиосвязи;
- для улучшения характеристик мобильных систем радиосвязи,
используемых для обеспечения безопасности в ЧС на железнодорожном
транспорте, создать и экспериментально применить физическую модель
радиоканала.
Научная новизна работы содержится в следующих научных результатах:
1. Автоматизированная информационно-управляющая система для
поддержки процессов управления информированием и оповещением населения в местах массового пребывания людей (транспортном узле) -инструмент повышения безопасности, эффективности управления и принятия решений при ЧС.
2. Шесть способов и алгоритм обеспечения живучести кластера сети
мобильной радиосвязи, а также значения сетевых параметров,
обеспечивающие работоспособность сегмента сети для повышения
безопасности при чрезвычайных ситуациях на железнодорожном транспорте.
3. Физический имитатор радиоканала (ФИР), предоставляющий
широкий набор средств имитации и дающий возможность получения
практически важных результатов анализа функционирования систем
мобильной радиосвязи при отсутствии возможности проведения натурных
испытаний при ЧС.
-
Зависимость дальности связи от затухания в радиолинии и методика определения размеров зоны «мягкого хэндовера», позволяющая дать рекомендации по наилучшему размещению базовых станций сети мобильной радиосвязи для повышения безопасности при ЧС на железнодорожном транспорте.
-
Методика и результаты определения размера зоны хэндовера в сети радиосвязи для обеспечения наилучшего качества оповещения в условиях ЧС на железнодорожном транспорте с использованием разработанного ФИР.
Объекты исследования:
- методы и средства повышения безопасности в чрезвычайных
ситуациях на железнодорожном транспорте с использованием систем
мобильной радиосвязи;
— средства управления, связи и оповещения в чрезвычайных ситуациях
на железнодорожном транспорте.
Предмет исследования - модели, методы и средства повышения надежности и качества мобильной радиосвязи для обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях на железнодорожном транспорте.
Теоретическая и практическая и значимость диссертации состоит в следующем:
1. Автоматизированная информационно-управляющая система для
поддержки принятия управленческих решений при организации
информирования и оповещения населения в местах массового скопления
людей (транспортном узле), являющаяся эффективным инструментом
управления и повышения безопасности в условиях ЧС.
2. Методика безопасного расположения БС сети мобильной радиосвязи
с учетом возможностей возникновения ЧС на объектах железнодорожного транспорта, рекомендованная к использованию ОАО «РЖД» для надежной и высокопроизводительной организации связи, оперативного реагирования и повышения безопасности в условиях ЧС.
3. Физический имитатор радиоканала (ФИР), позволяющий
имитировать и анализировать с практической точки зрения реальный
радиоканал частотного диапазона 2,4 ГГц. А также возможность его
применения во всех диапазонах частот, когда существенно проявляется
влияние многолучевости, в том числе, при возникновении ЧС.
4. Методика и результаты градуировки ФИР для практического
определения дальности и прогнозирования действия радиоканальных
устройств (ДДРУ), в том числе для условий ЧС на железнодорожном
транспорте.
5. Методика и результаты определения размера зоны хэндовера для
сети радиосвязи частотного диапазона 2,4 ГГц, обеспечивающие наилучшие
показатели в условиях перегрузок сети для повышения безопасности при
возникновении ЧС.
Практическое использование результатов диссертации подтверждено актами о внедрении. Результаты работы внедрены на ЦСС - филиале ОАО «РЖД», в ФГБУ ВПО «Академия Государственной противопожарной службы МЧС России» (АГПС МЧС России), г. Москва, а также в учебный процесс кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» РУТ (МИИТ).
Методология и методы исследований. При выполнении диссертационных исследований и разработок были использованы методики повышения безопасности при ЧС, методы математического анализа, теории массового обслуживания, методы измерений устройств связи, методы проектирования информационных систем и баз данных.
Положения, выносимые на защиту:
- информационная система для управления информированием и
оповещением населения в местах массового пребывания людей на
транспортных объектах и повышения безопасности при ЧС;
- алгоритм и методы обеспечения живучести кластера сети подвижной
радиосвязи, а также рекомендации значений сетевых параметров,
гарантирующих функционирование сегмента сети для повышения
безопасности в условиях ЧС на железнодорожном транспорте;
схема и макетная реализация физического имитатора радиоканала (ФИР), а также результаты градуировки ФИР в области определения дальности действия радиоканальных устройств (ДДРУ) и ее
применение при прогнозировании ДДРУ в условиях ЧС;
- методика и результаты расчета величины зоны хэндовера в сети подвижной радиосвязи диапазона 2,4 ГГц при значениях ОСШ, ИШИ и слоговой разборчивости, позволяющие повысить безопасность в условиях ЧС на железнодорожном транспорте.
Степень достоверности и апробация результатов. Степень обоснованности и достоверности научных результатов и выводов диссертационного исследования подтверждается хорошим уровнем совпадения теоретических заключений с экспериментальными результатами и результатами, полученными в научных работах других авторов. Кроме этого достоверность результатов исследований подтверждается апробацией на научно-технических конференциях, семинарах и практической реализацией разработанных моделей и методов.
Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедр радиотехники и электросвязи, автоматики телемеханики и связи на железнодорожном транспорте, управления безопасностью в техносфере РУТ (МИИТ), кафедры радиотехники и радиосистем ВлГУ, а также на научно-технических конференциях в 2015-2017 гг. (позиции 7-15 в списке публикаций автора).
Результаты работы использованы в госбюджетной НИР кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» МИИТа (раздел «Исследование (на элементной базе МДКР) идеализированной радиолинии диапазона частот 2,4 ГТц») 2014-2015 гг. и в учебном процессе.
Публикации. Основные положения диссертации и результаты исследования опубликованы в 15 работах, из них 6 работ — в рецензируемых научных изданиях рекомендованные ВАК.
Личный вклад автора. Все представленные в диссертации экспериментальные данные и результаты исследований получены лично автором.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 109 наименований, и приложений. Основная часть диссертации изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 70 рисунков, 15 таблиц.
Анализ характеристик мобильной радиосвязи, влияющих на безопасность в условиях ЧС на железнодорожном транспорте
Современные ведомственные, крупные корпоративные и социальные беспроводные системы сетевые связи и управления должны обеспечивать бесперебойную связь в условиях ЧС таких, как:
– стихийные бедствия;
– аварии;
– импульсные электромагнитные поля природного и промышленного происхождения;
– террористические акты;
– и другие деструктивные воздействия.
В случае несоответствия функций беспроводной системы связи и управления система подлежит усовершенствованию и перенастройке (реконфигурации) для оптимизации и сохранения работоспособности (устойчивости) с целью обеспечению должного уровня. Реконфигурация сетевой системы (СС) – это процесс изменения структуры сети для сохранения и в последующем восстановления (повышения) уровня работоспособности сети, либо минимизация снижения уровня эффективности эксплуатации сети при деградации её функций.
В условиях воздействия прямых разрушающих факторов природного или техногенного характера основной проблемой является то, что при выходе из строя центральных станций управления полностью нарушается работа системы, так как разрушаются основные узлы системного графа.
Классическая технология реконфигурации СС при отказе одного из её ресурсов включает в себя:
1. Определение и анализ момента времени и места отказа ресурса, снятие выполняемой на данном ресурсе задачи с решениями, передача задачи на другой ресурс (с сохранением / без сохранения полученных результатов);
2 . Исключение отказавшего ресурса из конфигурации СС, попытка замены его однотипным (резервным), либо резервным другого типа со схожими функциональными возможностями;
3. Запрет на доступ к отказавшему ресурсу, исключение связей с ним. Для отказавшего ресурса попытка его восстановления [24].
В случае потери центральной станцией управления классической методики реконфигурации недостаточно, поскольку должен быть учтен ряд важнейших факторов для максимизации главного критерия устойчивости СС – живучести (рисунок 1.1).
Живучестью называется способность системы связи (радиосвязи) продолжать свое функционирование с допустимым качеством после возникновения повреждений, а также способность системы восстанавливать рабочее состояние на конечный заданный временной промежуток. Живучесть отражает целый ряд взаимосвязанных свойств сети в целом: её уязвимость, адаптивность и восстанавливаемость.
В утвержденных требованиях к организационно-техническому обеспечению устойчивого функционирования сети связи общего пользования живучесть сети связи должна обеспечиваться выполнением:
- требований к построению сетей связи при их проектировании;
- мероприятий гражданской обороны, устанавливаемых законодательством Российской Федерации в области гражданской обороны [25].
Живучесть позволяет спрогнозировать способность сохранять полную или частичную работоспособность при наличии причин, находящихся за пределами сети и оказывающая разрушения или значительные повреждения части ее элементов (базовых станций, линий связи). Эти причины могут иметь различную природу происхождения. К непреднамеренным стихийным факторам можно отнести: разливы рек, землетрясение, и др. К преднамеренным ЧС относятся ядерные атаки, диверсионные действия и др.
Для оценки живучести сети рассматриваются различные показатели:
- вероятность установления соединения и передачи информации между заданными узлами сети связи после изменений организации системы, вследствие разрушающих воздействий;
- поражение линий связи, максимального числа узлов, выход из строя которых приводит к тому, что сеть становится несвязной, относительно произвольной;
- среднее число узлов, между которыми возможно установление соединения при одновременном повреждении линий связи при чрезвычайной ситуации.
Необходимо тестирование системы на предмет ее способности продолжать штатное функционирование в условиях постоянно действующих деструктивных влияний и противостоять им. При этом необходимо адаптировать алгоритмы функционирования к новым условиям и организовать функциональное восстановление или обеспечить функционирование в процессе деградации по возможности без потери наиболее значимых, «критических», информационных функций. В связи со сказанным необходим переход от анализа и оценки надежности к анализу и оценке живучести СС [26]. В рамках данной работы наиболее важны методы анализа и оценки живучести сетей радиосвязи в условиях ЧС.
В качестве основного критерия живучести рассматриваются наличие и качество связи с группами мобильных терминалов в зоне чрезвычайной ситуации (ЧС). Стоит отметить, что при ЧС не только выходят из строя подсистемы сети радиосвязи, что приводит к замедлению обслуживания, но в условиях повышенного спроса, резко возрастает интенсивность потока запросов на соединения.
Следующее важное определение - это понятие атаки. Атака на мобильную сеть связи (МСС) - это поиск и использование уязвимых мест. Таким образом, атака - это реализация угрозы. Существует три основных вида угроз безопасности - это угрозы перехвата информации, нарушение целостности сети и блокировка вызовов. Под удаленной атакой понимается информационное разрушающее воздействия на МСС, осуществляемое программным путем по каналам связи. В данной работе предложено два основных подхода к расчету характеристик, отображающих условия живучести МСС при ЧС.
Первый подход основан на использовании свойств изменения направленного графа, с помощью которого описывается структура МСС. Данный метод позволяет использовать как аналитические, так и имитационные методы расчета связности при моделировании сетей большой размерности.
Второй подход основан на оценке живучести систем в терминах производительности сетей связи. Анализируется потеря производительности в результате техногенной катастрофы, природного катаклизма или преднамеренного разрушающего воздействия. В частности, за меру живучести принимается отношение уровня производительности системы после аварии или атаки к уровню производительности в нормальном состоянии [20].
Разработаны методы исследования живучести сетей, основанные на использовании теории конечных автоматов специального вида. Кроме того, широко применяются методы оценки живучести инфокоммуникационных сетей, обладающих способностью активно противостоять разрушениям, восстанавливаться, основанные на применении теории марковских процессов. Например, может быть использована модель марковского процесса, включающая три состояния сети: функционирует, находится в процессе восстановления, не работает.
Анализ деловых процессов функционирования регионального ЦУКС МЧС РФ
Центр управления в кризисных ситуациях (ЦУКС) служит для информационной и организационной поддержки деятельности органов управления территориальной подсистемой РСЧС, а также для автоматизации и интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений при ликвидации ЧС на региональном и межмуниципальном уровне, включая борьбу с пожарами.
К задачам, решаемым ЦУКС, относятся:
- управление информированием, а также силами и средствами оперативного реагирования МЧС РФ на условия ЧС различного характера и размера;
- сбор и анализ данных по безопасности людей в условиях ЧС;
- сбор, агрегация и обработка информации о прогнозировании и развитии и планах ликвидации ЧС, поступающей из внешних источников всех уровней и ведомственных принадлежностей;
- интеграция и взаимодействие с системами управления, оповещения и информирования территориальной подсистемы РСЧС о ЧС всех видов, характеров и объемов;
- интеграция и взаимодействие с системами управления, оповещения и информирования областной территориальной подсистемы РСЧС, а также с соответствующими органами ФОИВ, ОИВ субъекта РФ и местного самоуправления;
- управление системами оповещения и информирования людей о ЧС в местах массового скопления людей, а также о путях и способах защиты;
- агрегация и анализ данных в сфере гражданской обороны (ГО), управление мероприятиями, силами и средствами ГО, сфоевременное формирование сигналов о приведении системы ГО к нужному уровню готовности;
- проведение информирования и обучения населения основам ГО в части безопасности людей и объектов от угрозы ЧС, пожарной безопасности и безопасности людей на транспортных объектах.
Основными функциями ЦУКС являются:
- сбор и анализ данных о пожарной безопасности, защите людей и объектов от воздействия ЧС природного и техногенного характера, поступающих от руководящих государственных органов;
- информационная и организационно-техническая поддержка работы комиссии по предупреждению и ликвидации ЧС и обеспечению пожарной безопасности (КЧС и ОПБ), рабочих групп по управлению в кризисных ситуациях;
- экстренное информирование руководства ГУ МЧС РФ о ЧС и ходе проведения аварийно-спасательных работ, деятельности оперативной группы ГУ МЧС РФ;
- управление работами по ликвидации и профилактике пожаров;
- управление проведением аварийно-спасательных работ ГУ МЧС РФ;
- информационная поддержка и управление взаимодействием пожарно-спасательных, поисково-спасательных, аварийно-спасательных формирований и иных сил МЧС России;
- поддержка надежного, устойчивого и непрерывного функционирования средств автоматизации, связи и систем оповещения руководства ГУ МЧС РФ, обеспечение непрерывной готовности систем передачи информации, управления ЦУКС, и оперативный ввод в действие в случае поступления сигналов о переходе сил и средств МЧС и ГО на высшие уровни готовности;
- поддержка бесперебойной работы систем видеоконференцсвязи и информирования в целях предупреждения и ликвидации ЧС;
- поддержка интеграции с органами повседневного управления РСЧС;
- реализация контроля ситуации в местах предполагаемых ЧС, пожаров, на опасных объектах и в местах массового скопления населения;
- формирование и регламентация документации по учету финансирования профилактики и ликвидации ЧС и пожаров;
- реализация требований безопасности для информации, составляющей государственную тайну и информационной защиты в соответствии с задачами и функциями ЦУКС;
- анализ, информационная поддержка и методическое руководство профессиональной подготовкой и переподготовкой личного состава ЦУКС;
- интеграция и обмен данными о ЧС с органами управления территориальной подсистемы РСЧС;
- управление оповещением о ЧС через СМИ, мероприятиями по защите населения и объектов от ЧС и пожаров, обеспечением безопасности людей на водных объектах, на общественном и личном транспорте;
- обеспечение контроля над информацией о готовности дежурных сил и средств РСЧС, организацией мероприятий по подготовке переподготовке дежурных сил и средств РСЧС;
- организация информационного обмена с административным и государственным руководством, дежурными диспетчерскими службами сил постоянной готовности территориальной подсистемы РСЧС, дежурными службами пожарно-спасательных, поисково-спасательных, аварийно-спасательных формирований МЧС РФ.
Модели потоковых сетевых систем в терминах теории графов
Система МСС, имеющая распределенную структуру, может быть смоделирована с использованием направленных графов. Каналами сети являются ребра графов , а узлами сети – вершины графа .
Модель МСС может быть представлена в виде направленных графов. Элементами сети в модели являются узлы связи – вершины графа, каналы связи и участки сети – ребра графа. Предложенный метод реконфигурации структуры МСС при возникновении ЧС основан на расчете ресурсов сети при удалении вершины графа из-за возникновения ЧС. Таким образом, вершине можно присвоить ряд характеристик: производительность узла, вероятность его нахождения в рабочем состоянии . Ребра графа между вершинами и , например, могут быть охарактеризованы пропускной способностью, вероятностью обрыва связи и др.
Вершины графа могут выполнять функции: источников и приемников информационных потоков сети, а также транзитных узлов, осуществляющих пропуск информационных потоков, сформированных в других узлах.
В условиях ЧС целесообразно анализировать графовые модели сети, рассматривая различные причины возникновения отказов узлов и ребер. Учитывая особенности ЧС, практическую значимость имеют результаты расчета вероятностей отказа одновременно или почти одновременно целой совокупности ребер.
Для определения понятия живучести необходимо ввести ряд понятий.
Весь набор ребер, через которые проходит информационный поток от вершины до , называется путем ). Если для любых двух вершин графа существует путь ), то граф называется связным, в противном случае граф не связан. Ребро, входящее в вершину или исходящее из нее, называется инцидентным этой вершине. Полное число ребер d(i), инцидентных вершине, называется ее степенью. Величины путей между вершинами графа описываются матрицей инцидентности .
Вершина (или точка на ребре), расположенная на наименьшем расстоянии от всех остальных вершин, называется медианой графа, медианное расстояние R – радиусом графа. Если из графа исключить хотя бы одно ребро – радиус графа увеличится, поскольку необходимо будет найти обходной, более длинный путь. Но заметим, что исключение одного или даже нескольких ребер из графа не обязательно уничтожает его связность. Указанное свойство называется живучестью графа.
Пусть фрагмент МСС задается графом, имеющим вершин, соединенных ребрами (рисунок 3.10). Вершина, выделенная синим, - это центральный узел коммутации, соединенный со всеми другими вершинами. В случае возникновения неработоспособности центрального узла структура граф изменяется. При прекращении работы любой из оставшихся вершин первоначальная структура графа распадается на два несвязных между собой подграфа. Это соответствует нарушению целостности сети радиосвязи.
Если удалить все ребра, инцидентные одной и той же вершине графа, то пути от нее к другим вершинам прервутся, и граф станет не связным. В этом случае показатель живучести графа станет нулевым.
Очевидно, что для увеличения показателя живучести предпочтителен граф, имеющий наибольшие значения степеней его вершин d(i). Максимальное значение степеней вершин имеет полный граф, в котором вершины связаны между собой по схеме «каждая с каждой». При достижении наибольшей живучести графа неминуемо встает проблема соотнесения полученного результата с минимизацией затрат на его достижение. Эта проблема называется проблемой стойкости. Стойкость численно равна минимальной средней стоимости создания новой компоненты связности.
Если стойкость графа то граф содержит не менее реберно непересекающихся остовных деревьев. Заметим, что целесообразно применение понятия стойкости к определению живучести – вычисление плотности графа. Пусть граф подграф графа G. Плотностью ) подграфа G называется отношение мощности множества его ребер к мощности множества его вершин
При исключении поврежденных ребер из графа одна или несколько вершин могут терять связность. Для исключения этого наиболее уязвимая вершина заранее должна быть соединена с наиболее устойчивой вершиной графа. Если последовательно применить эту операцию к ребрам графа, то последний будет сведен к тривиальной петле. Пусть вероятности удаления для всех ребер равны p, тогда вероятность их контракции будет равна q = 1 – p.
Итогом выполненных операций является многочлен из произведений p и q различной степени. Результат вычисления полученного многочлена при заданной величине p является показателем живучести R(G) графа G.
Методика определения величины зоны «мягкого хэндовера» в сетях радиосвязи на железнодорожном транспорте с использованием физического имитатора радиоканала
Зона эстафетной передачи, или хэндовера, – это область, где существует вероятность эстафетной передачи обслуживания МС, и в которой последняя находится с начала хэндовера и до его завершения. Длину пути, который МС совершает за это время, будем называть размером зоны эстафетной передачи или зоны хэндовера.
В современных технических исследованиях показано, что время завершения хэндовера не должно превышать 1с [61, 64]. Однако, целесообразнее определять величину зоны эстафетной передачи, которая при задании скорости передвижения МС позволит рассчитывать и время хэндовера [35].
При так называемом жестком хэндовере указание о его начале поступает из центра мобильной коммутации по результатам сравнения БС параметров принимаемого от МС сигнала [60].
В системах, функционирующих по МДВР каналы управления, совмещаются с каналами передачи нагрузки. При обработке соединения МС непрерывно измеряет мощность входных сигналов, поступающих от БС соседних сот. Когда сигнал от своей БС становится слабее порогового, МС посылает запрос на эстафетную передачу, итогом которой становится то, что МС переключается на новый канал.
Начало и завершение хэндовера рядом показателей функционирования системы радиосвязи [36], которые можно разделить на две группы.
Первая группа - это показатели ОСШ на входе приемника мобильной станции [37-39]:
- ОСШвх без учета шумов, за счет многолучевого распространения;
- ОСШвх.инт с учетом этих шумов.
Поскольку, разработанная ИФМР позволяет абстрагироваться от влияния шумов многолучевости, то при ее использовании предпочтительно применять показатель ОСШвх и его пороговые значения ОСШвхнач при начале хэндовера и ОСШвхок при его окончании.
Вторая группа показателей - ОСШ на выходе приемника МС, а так же его пороговые значения ОСШнач при начале хэндовера и ОСШок при его окончании [35].
Полученные выше при использовании ФИР зависимости ДДРУ от отношения сигнал/шум на выходе приемника ОСШ и коэффициента нелинейных искажений Кпр (таблица 4.5) сведены в таблицу 4.7.
Теперь возможно определить размер зоны эстафетной передачи, используя значения таблицы 4.1 и задавая пороговые значения [35].
Для Кпрнач= 10% и Кпрок = 50% величина зоны хэндовера составит 23,9 м [35], что при скорости движения мобильной станции 60 км/ч дает длительность хэндовера 1,4 с. Пороговые значения можно задать, исходя из величины слоговой разборчивости.
Применяя номограмму 3, можно спрогнозировать для условий плотной застройки транспортного узла и мощности БС 43 дБм зависимость от ДДРУ класса качества связи (согласно ГОСТ Р 50840-95) на выходе ФИР (таблица 4.8).
Учитывая определения класса качества связи (согласно ГОСТ Р 50840-95) в такие моменты [35] можно рассчитать диапазоны размера зоны хэндовера и его длительности (таблица 4.9), задавая моменты начала и окончания эстафетной передачи.
Применяя номограмму, показанную на рисунке 4.10, т.е. решая задачу в условиях застройки транспортного узла при исходных данных ht = 27 м, = 1,5 м, уровень сигнала на входе ИФМР 43 дБм, сформируем таблицу 4.7.
Логично учитывать наихудшие условия, то есть по методике Окамура-Хата задать С=3.