автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Определение оперативности доведения сообщений в низкочастотном радиотракте автоматизированной системы централизованного оповещения объектам гражданской обороны

На правах рукописи

ДРОБЫШЕВ МАКСИМ ЮРЬЕВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПЕРАТИВНОСТИ ДОВЕДЕНИЯ СООБЩЕНИЙ В НИЗКОЧАСТОТНОМ РАДИОТРАКТЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ОПОВЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ

Специальность: 05.12.13 «Системы, сети и устройства

телекоммуникаций»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 ДПР 2014

I Владимир - 2014 005547680

005547680

Работа выполнена в филиале Военной академии РВСН имени Петра Вел икого (г. Серпухов Московской области)

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ

доктор технических наук профессор Цимбал Владимир Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

старший научный сотрудник заместитель генерального директора ОАО «Военно-инженерная корпорация», г. Юбилейный, Московская область Кочугов Александр Александрович

кандидат технических наук профессор, ведущий специалист ОАО «НПО «Ангстрем», г. Москва, Зеленоград Киселёв Владимир Николаевич

Ведущая организация: ОАО «Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств (КНИИТМУ)», г. Калуга.

Защита состоится <:<10» июня 2014 года в 14.00 на заседании диссертационного совета ДС 212.025.04 при Владимирском государственном университете имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д.87, ВлГУ.

Отзывы, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д.87, ВлГУ, ФРЭМТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых - ВлГУ.

Автореферат разослан «04» апреля 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.025.04

доктор технических наук, профессор __— А.Г. Самойлов

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность: автоматизированная система централизованного оповещения (АСЦО) Министерства чрезвычайных ситуаций (МЧС) РФ предназначена для доведения различных сигналов (формализованных сообщений) до абонентских станций (АС) объектов оповещения, рассредоточенных в зоне оповещения (ЗО), охватывающей один или несколько регионов территории РФ. Одним из главных требований к АСЦО является надежность доведения. Именно поэтому в АСЦО имеется несколько трактов доведения, реализованных как в виде проводных технологий, так и в виде беспроводных (радио) технологий. Необходимость устойчивого функционирования беспроводной системы в ЗО размером (1000 х 1000 км) потребовала использования радиотрактов различных диапазонов частот, в том числе низкочастотного диапазона. Низкочастотный радиотракт (НР) базируется на применение километровых радиоволн (частота 3-300 КГц) и способен устойчиво функционировать в условиях естественного помехового фона (грозовая и солнечная активность), в условиях сейсмических воздействий естественного и техногенного характера, в условиях возмущений ионосферы. В НР также как и в других радиотрактах АСЦО доведение сообщений осуществляется способом многократного их повторения. Известно, что способ многократного повторения сообщений в системах передачи данных (СПД) является «не самым лучшим» с точки зрения эффективности использования энергетических и спектральных ресурсов радиолинии. Однако, данный способ передачи в АСЦО обусловлен исключительно спецификой её функционирования. Необходимость надежного доведения сообщений в НР АСЦО требует использования всех потенциальных возможностей, заложенных в способе многократного повторения сообщений. А именно: накопления повторов сообщений (ПС) и использования всех поразрядных мажоритарных проверок (МП) на текущем множестве повторов, имеющихся на текущем шаге приема в логических приемниках (ЛП) АС.

Поэтому актуальной является задача оценки оперативности доведения сообщений в НР АСЦО с учетом мажоритарной обработки повторов (МОП) сообщений в сложной помеховой обстановке.

В области разработки и создания ACO и систем связи, функционирующих в сложной помеховой обстановке, накоплен большой опыт. Организациями, имеющими серьезные разработки по таким направлениям, являются НИИ «Автоматики и электроники» (г.Томск), ОАО «Концерн «Созвездие» (г.Воронеж), ОАО «КНИИТМУ» (г.Калуга), ОАО «Калужский завод телеграфной продукции», (г.Калуга), ОАО «Концерн «Орион» (г.Москва), ОАО «КБП» (г.Тула), ФГУП «Омское производственное объединение» (г.Омск), ФГУП «ЦКБ «Геофизика» (г.Красноярск), ФГУП НИИ им. А.А.Семенихина (г.Москва), ОАО «РИМР» (г.Санкт-Петербург), ЗАО НИВЦ АС (г.Москва), МОУ «ИИФ» (г.Серпухов), ФГУП «НИИ ССУ» (г.Москва), Институт проблем передачи информации РАН (г.Москва) и др. Разработки данных организаций, прежде всего, ориентированы на гарантированную доставку сообщений оповещения в чрезвычайных условиях (ЧУ).

з

Вопросам построения систем и сетей передачи информации автоматизированных систем управления и автоматизированных систем оповещения в сложной помеховой обстановке и ЧУ большое внимание уделено в школах таких ученых как Долуханов М.П., Варакин JI.E., Борисов

B.И., Буга H.H., Ларин A.A., Голиков В.П., Тузов Г.И., Прыгков И.В., Малышев И.И., Николаев В.И., Кузичкин A.B., Якубайтис Э.А., Цыбаков Б.С., Лазарев В.Г., Бутрименко А.И., Глушков В.М., Мизин И.А., Самойленко

C.И., Шаров А.Н., Олифер В.Г., Присяжнюк С.П. Злобин В.И., Пашинцев В.П., Цимбал В.А., Зеленевский В.В., Шиманов С.Н. и другие. При этом вопросы нахождения характеристик оперативности доведения сообщений в сетях доведения циркулярной информации с учетом процедур накопления повторов и их мажоритарной обработки являются открытыми.

Таким образом, указанная задача требует разрешения следующего противоречие: с одной стороны в логических приемниках HP АСЦО осуществляется МОП сообщений, с другой стороны отсутствует научно-методический аппарат (НМА) аналитического определения оперативности доведения сообщений в радиотракте АСЦО с учетом мажоритарной обработки поступающих повторов сообщений.

Разрешение этого противоречия заключается в разработке НМА оценки оперативности доведения сообщений в HP АСЦО с учетом мажоритарной обработки поступающих ПС в условиях помех и обоснования системотехнических решений повышения их достоверности в приемниках АСЦО на пунктах управления (ПУ) МЧС.

Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертации «Определение оперативности доведения сообщений в низкочастотном радиотракте автоматизированной системы централизованного оповещения объектам гражданской обороны» на основе разработки соответствующих аналитических зависимостей, правил, алгоритмов и моделей, методики.

Цель исследования: определение характеристик доведения сообщений в HP АСЦО и обоснование требований к алгоритмическому обеспечению процесса мажоритарной обработки сообщений в приемниках радиотракта.

Объект исследования: низкочастотный радиотракт АСЦО.

Предмет исследования: математические модели процесса доведения сообщений в радиальных сетях передачи данных без обратной связи с повторами.

Научная задача исследования: разработка НМА определения оперативности доведения сообщений в низкочастотном радиотракте АСЦО с учетом мажоритарной обработки поступающих повторов сообщений в помеховых условиях.

Основные результаты, представляемые к защите:

1. Математическая модель доведения сообщения в низкочастотном радиотракте АСЦО в соединении «точка-точка» с учетом мажоритарной обработки повторов.

2. Математическая модель доведения сообщений до абонентов зоны оповещения по низкочастотному радиотракту АСЦО с учетом мажоритарной обработки повторов.

3. Методика обоснования типов и количества мажоритарных проверок в логическом приемнике абонента низкочастотного радиотракта АСЦО.

Научная новизна полученных результатов:

- сформированы правила синтеза матрицы переходных вероятностей (МПВ) для конечной марковской цепи (КМЦ), описывающей процесс доведения сообщений в соединениях «точка-точка» и «точка-многоточка» с учетом МОП, инвариантные к числу повторов и типам используемых МП, что позволило найти вероятностно-временные характеристики (ВВХ) процесса;

- на основе найденных ВВХ сформированы выражения для численного нахождения оценочных значений временных характеристик (ВХ) (математического ожидания (МО) и дисперсии времени доведения сообщения с учетом МОП в рассматриваемом радиотракте) доведения сообщений за фиксированное число шагов КМЦ;

- методика обоснования типов и количества МП инвариантна как к числу их типов, так и к количеству накопленных ПС, что позволяет её использовать и в других СПД.

Достоверность и обоснованность разработанного НМА подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории поглощающих КМЦ (ПКМЦ), согласованностью полученных результатов расчета с физикой процесса доведения сообщения в HP АСЦО, получением из достигнутых результатов при определенных допущениях и ограничениях частных результатов, полученных другими исследователями.

Практическая значимость результатов диссертационных исследований обусловлена тем, что они доведены до уровня методики, алгоритмов и машинных продуктов и позволяют на стадии проектирования ЛП HP АСЦО закладывать обоснованные типы МП и их количество, вносящих наибольший вклад в достоверность и оперативность доведения сообщений. Использование предлагаемого подхода позволит сократить количество применяемых типов МП в штатном режиме работы на 30% и количества этих типов на 35%. Кроме того, разработанные математические модели доведения сообщений в HP определяют ВВХ процесса с учетом МОП.

Результаты работы реализованы:

1. В МОУ «Институт инженерной физики» при обосновании параметров протокола доведения сообщений сети циркулярной связи специального назначения в рамках ОКР «Паутина- ИИФ» (акт о реализации МОУ «ИИФ» от 16.01.2014 г.).

2. В филиале Военной академии РВСН имени Петра Великого в учебном процессе по кафедре «Автоматизированные системы боевого управления» при изучении дисциплин «Информационные сети и телекоммуникации» (акт о реализации ФВА РВСН от 23.01.2014 г.).

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на: 11 НТК различного уровня, в том числе международного уровня- 3, всероссийского уровня- 4; ведомственного уровня - 4; 4 НТС кафедры «АСБУ» ФВА. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них: 9 статей в научно-технических сборниках (2 статьи в журналах из Перечня ВАК); 2 патента на полезную модель; 1 отчет об ОКР.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников, приложения и изложена на 161 страницах машинописного текста. В список литературы внесено 111 научных источников.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задача исследования, изложены научные результаты, представляемые к защите, приведены аннотация и структура работы.

В первом разделе проведён анализ: особенностей построения систем оповещения РФ, структуры АСЦО РФ; особенностей распространения и естественной помеховой обстановки в низкочастотном диапазоне волн; процесса приема и обработки информации в штатных средствах приема и обработки. Дана постановка задачи исследования и приведены направления ее решения.

Основным свойством доведения сообщений в HP АСЦО является своевременность или оперативность. Это свойство определяет качество HP и процесса доведения сообщений в нем. Под оперативностью понимается свойство тракта (радиосети) доставлять сообщение определенного объема в заданные временные сроки. Оценивание оперативности осуществляется по ВВХ, ВХ, числовым характеристикам (ЧХ). Под ВВХ понимают вероятность доведения сообщения фиксированной длины по сети за время, не превышающее допустимое, т.е. ВВХ есть (1), где Г*" - допустимое время доведения сообщения. (/<Т';^") (1). Под ВХ понимают МО (M(t)) и среднее

квадратическое отклонение (СКО) (°-(0) или дисперсию ( D(/), D) времени доведения сообщения по сети. Под ЧХ понимаются МО числа АС и дисперсия (следовательно, СКО) числа АС, до которых доведено сообщение, в динамике процесса получения Г1С. Определение оперативности доведения сообщений в радиосети (от передающего радиоцентра (ПДРЦ) ко всем АС: соединение «точка-многоточка») базируется на расчете оперативности в отдельной радиолинии (от ПДРЦ к одной (конкретной) АС: соединение «точка-точка»).

Исходя из изложенного, задача определения характеристик доведения сообщений в HP АСЦО может быть сформулирована так: - найти ВВХ и ВХ процесса доведения сообщений в соединении «точка-точка» и «точка-многоточка» АСЦО с учетом МОП в ЛП АС; - найти ЧХ доведения сообщений в соединении «точка-многоточка» (до АС ЗО). Данные задачи решаются в следующих предположениях. Пусть задан фрагмент HP АСЦО, представленный на рисунке 1. В ЗО имеется К АС, каждая из которых содержит приемное устройство, обобщенная структура которого представлена на рисунке 2. Доведение сообщения ко всем АС осуществляется ПДРЦ путем его Л/-кратного

повторения. Размеры ЗО составляют величину порядка 1000x1000 км. Тогда можно принять, что напряженность электромагнитного поля, излучаемого ПДРЦ, у приемников всех АС примерно одинакова. Как полезный сигнал, так и

помехи будут воздейсгвовать на все АС одинаково.

.....^

блок |.брайит»3! сипкма (БОС)

'декодер повтора сообщения (ДПС)

зе:

лг;

3 б.юк ;ю1нческой обработки повторов соибшеимя (БЛО)

Рисунок 2 - Обобщенная структура приемного устройства

% леи лет О -г-?. ' -........... '

Рисунок 1 - Фрагмент НР АСЦО

Исходя из этого, введены следующие допущения. Попущение 1. НР в зоне оповещения является однородным по вероятности ошибки на элементарный символ.

Допущение 2. Прием каждого повтора сообщения АС осуществляет независимым от других повторов образом.

Попущение 3. Временные затраты на обработку сообщения в приемнике в общем времени доставки сообщения не учитываются.

Формальная постановка задачи на исследования. Пусть: вероятность ошибки в дискретном канале связи в приеме элементарного символа каждым приемником

АС находится в пределах: < Рп < р^'; длина передаваемого ПДРЦ сообщения (бит) есть:/ = |/(™п,,/(г°*,||; М- число передаваемых повторов; V-скорость передачи информации в радиосети; К- число АС в сети; = {д, } -множество типов МП, применяемых в ЛП АС; количество МП

конкретного типа, тогда ^ = {йЛ...,0Г}=>{еЙ'}( (2). Необходимо для соединения «точка-точка» найти ВВХ и ВХ в виде: Р'2 | ^ (3),

Л'Ч^^фй'У (4), соединения «точка-

многоточка» найти ВВХ, ВХ, ЧХ в виде: /£> = /4 к, А',)| j (6),

Одной из важных задач построения ЛП АС является обоснование применяемых типов МП и их количества на множестве А/ повторов сообщения. Это обусловлено тем, что даже при небольшом А/ общее количество МП огромно и их полная реализация в приемнике,

нецелесообразна ввиду разной значимости отдельных МП (и их количества) в процессе доведения. Поэтому требуется разработать методику обоснования типов и количества МП в ЛП абонента HP АСЦО.

Во втором разделе проведено обоснование: применяемого НМА КМЦ; исходных данных для математического моделирования процесса доведения сообщений в исследуемой радиосети. Разработаны математические модели доведения сообщений в HP АСЦО с учетом МОП.

В приемнике АС радиосигналы обрабатываются (демодулируются) в блоке обработки сигнала (БОС) согласно используемому методу модуляции, и сформированные символы поступают в декодер повтора сообщения (ДПС). В ДПС осуществляется декодирование сообщения согласно используемому алгоритму. Если ошибок в принимаемом сообщении нет (или они все исправлены), то декодированное сообщение из ДПС выдается получателю сообщения. Если ошибки есть, то данный повтор поступает в блок логической обработки (БЛО) повторов сообщения. Если в БЛО накоплено три и более повторов, то последний осуществляет их логическую обработку: производит МП (поразрядно) по всем возможным типам (на текущем повторе не используется те МП, которые проведены на предыдущем шаге). Определение 1. Под типом МП понимаются процедуры обработки повторов сообщения вида (и/т) (9), где т - основание МП, т.е. количество повторов (разрядов) сообщения по которым производится мажоритарная обработка; п -количество повторов (разрядов), по которым выносится решение МП.

После выполнения текущей МП в БЛО «собирается» сообщение, которое отправляется на декодирование в ДПС. После успешного декодирования в ДПС оно поступает к ПС. Если в нем обнаружены ошибки, то ДПС ожидает результат следующей МП и т.д. Тогда очевидно, что работа ЛП в части повышения достоверности принятого сообщения осуществляется по двум контурам обработки. Первый контур - осуществляет повышение достоверности отдельно выделенного сообщения (повтора) согласно алгоритму повышения достоверности. Второй контур - осуществляет «сборку» (восстановление) сообщения на множестве полученных повторов путем применения МОП. Тогда очевидно, что необходимо определить число и типы МП, возможных на множестве накопленных (полученных) ПС. Правило 1. Возможные типы МП на М принятых ЛП АС повторов сообщения: ЗМ(М > 3)Vm: т = 3,Л/ Очевидно, что применение МП

для каждого = (10) обеспечивает снижение вероятности

ошибки на элементарный символ - при m нечет. (улучшает помехоустойчивость), и

z = i 2 =>з{п/\. соответственно, повышение

т 'Ут> «- г,

—+ 1 -при т чет. достоверности сообщения. В

2 последующем эту вероятность ошибки

будем называть эквивалентной. Определение 2. Эквивалентная вероятность ошибки - вероятность, которая получена в результате применения МП конкретного типа - р^.

При произвольной МП n/m: /¿/т) = 'к'с^'лГ'О-р,)' (П). Анализ

выражения (11) показал, что некоторые типы МП могут выносить три вида решений: 1) верное - ошибка исправлена; 2) неверное - ошибка не исправлена; 3) нет решения - МП не может вынести решение вследствие наличия неопределенности в (11). Но существует ряд типов МП, которые не имеют неопределенностей. Данные типы МП выносят только два вида решений: 1) верное; 2) неверное. Правило нахождения типов МП, не

имеющих неопределенности в , таково.

Так как (12) дает возможность использования каждого нового типа МП только на нечетном количестве повторов, то очевидно, что осуществляется (12) «простаивание» БЛО при получении очередного (четного повтора). В связи с этим необходимо использовать типы МП, формируемые как по (12), так и по (10) совместно.

Таким образом, сформирован подход к определению перечня типов МП, который может быть реализован в БЛО ЛП АС.

Общее количество МП каждого из типов на М повторах есть (13), где а - указывает на конкретный тип МП. Количество МП одного типа на М повторах есть (14). Количество МП одного типа на М повторах с учетом проведенных МП на М-1 повторах есть (15).

Ш; ,,3> (,4) (|5)

Тогда, на А/ повторах существует множество типов МП (16), где QN -определенный тип МП. Причем каждый элемент множества (16) есть множество (17), где q'N) - количество МП конкретного типа. Вероятность правильного приема ПС длины I при применении МП типа п/т есть (18). 3QviHÖ.a.-.ßvK (16) ß„ = {W57>}, (17) „('Н^р^у (18) Таким образом, исходные данные для математического моделирования таковы: Ы {/"ы">,/<""»}; V; М;р0 е {рГ'./Г7} ; P^iK {ßf.-.ßf}.

Математическая модель доведения сообщения в низкочастотном радиотракте АСЦО в соединении «точка-точка» с учетом МОП.

Рассматриваемый процесс доведения имеет конечное число состояний, является дискретным по времени и в нем соблюдается основное марковское свойство. Тогда данный процесс является ПКМЦ. Для нахождения искомых характеристик доведения воспользуемся аппаратом КМЦ. Исходя из алгоритма работы БЛО, синтезируем граф состояний и переходов (ГСП) этого процесса. Данный граф представлен на рисунке 3.

Правило 2.

п/ =2 + г/ /т /3 + 2,

сообщение принято

Рисунок 3 - ГСП процесса доведения сообщения в соединении «точка-точка» МПВ КМЦ имеет вид:

1М+2М+2Г

Искомый процесс имеет следующие состояния: Л"о-54- принят с первого по пятый ПС АС (соответственно); Бм.\-принят М ПС АС; Бы сообщение после

обработки принято АС;

- сообщение после обработки не принято.

.(19)

0 /V. 0 0 0 Рим 0

0 0 Д.2 0 0 Рш 0

0 0 0 Рг. з 0 Ргм 0

0 0 0 0 Рг. 4 Рг* 0

0 0 0 0 0 Рл1-1М Рм~1м+1

0 0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 0 I

Элементы МПВ находятся с учетом логики работы БЛО. Анализ данной логики позволил сформировать следующее правило нахождения элементов МПВ (19) при М=сош1.

Правило 3. Элементы МПВ (19) при М=уаг находятся так:

Л/ п/п

(2)

Л/ п/п

(2)

г,/П

(20), где п = 2,М;

количество МП одного типа на М повторах (16). Остальные элементы МПВ: Рол =1 ~ Ром и т.д. ры^ ы = 1 - рм_,,л,+1. Величины рмм = 1, = 1 (т.к. Бм,

являются поглощающими состояниями (ПоС) ГСП КМЦ). Правило позволяет находить элементы МПВ (19) КМЦ доведения сообщения в соединении «точка-точка» для произвольного числа получаемых БЛО ЛП АС повторов сообщения М. Расчет ВВХ процесса доведения сообщения осуществляется по уравнению Колмогорова-Чепмена (УКЧ) и оно для исследуемого процесса имеет вид: = ■ /|М+2^,,2]

(21), где Р$+2)и - векторы вероятностей состояний процесса на г и г-1

повторах, Р[м+гм+2]- МПВ КМЦ.

По выражению (21) можно получить изменение вероятности одного из состояний Р$! за конкретное число шагов в виде графика, т.е. ВВХ. ВВХ показывают изменение вероятности доведения сообщения от ПДРЦ до АС в зависимости от числа шагов в дискретном времени в динамики получаемых ЛП АС повторов. На базе расчета ВВХ можно определить численно ВХ за фиксированное число шагов (£) процесса, т.е. получить оценочные значения

ю

МО МЩ (22) и дисперсии Ь[Ц (23), где г - таг КМЦ; - вероятность нахождения КМЦ в ПоС на г'-1 шаге; Р'^ - вероятность нахождения КМЦ в ПоС Бм на г шаге. Переход к реальному времени осуществляется по формулам (24), где г = 1/У.

мщ = ■ (р" - /£")] (22), б(Ц = - /£">).■ [г- => = (23)

М(1) = г ■ ±[/• (р» -<'>)]. ¿>0) = г3 ■ - /£") ■ [' -(24)

МО и £> можно найти аналитическим путем через фундаментальную (ФМ) и дисперсионную матрицы (ДМ), получаемые из МПВ (19). Преобразуем («вывернем») МПВ (19) следующим образом (25):

Разобьем матрицу (25) на четыре подматрицы, при этом из них две будут квадратными. Нас

интересует правая нижняя

матрица - (У^

, Вычтем из

р>

единичнои матрицы /[мч матрицу £>[„„, и получим матрицу А |д|л/ь которая вид (26). ФМ Щм^]- есть обратная к Л[мщ и имеет вид (27).

Г-1.Л/+1 Рм-\,м ... 0 0 0 0 0

0 Ргм ... р„ 0 0 0 0

0 Ргм ... 0 Р2.1 0 0 0

0 Р,м ... 0 0 Яг 0 0

0 Рам ... 0 0 0 Ра, 1 0

.(25)

4»М1

1

-Й4

О

о о

0

1

-Ра

(26)

О -д, 1 С О 0 1

Ьг>

ь»

О

Ь21 Кг

0 0 0 ООО

ьзг о о

ь,з К* 0

К-

(27)

Тогда МО числа ПС процесса доведения М'(1) есть: М'(1) =

(28),

переход к реальному времени осуществляется так: м'0) = г-^г>м_1(И_,н, М —

количество принятых ЛП АС повторов сообщения.

Элементы ФМ представляют собой средние значения времени,

проведенного процессом в з, состоянии до выхода из Б, где 5 - открытое множество состояний процесса КМЦ. Дисперсии тех же величин находят по ДМ, получаемой так: Л'0[„.м] = А'(,.(2(29), где ^ - диагональная матрица, полученная из ФМ заменой всех элементов нулями, кроме элементов главной диагонали; Л^[ММ|- матрица, полученная из диагональной возведением каждого ее элемента в квадрат.

Элементы ДМ представляют собой дисперсии значений времени,

проведенного процессом в до выхода из .V, Дисперсия числа ПС процесса доведения сообщения определяется по элементам последней строки ДМ: (30). Таким образом, дисперсия числа ПС процесса доведения есть:

11

£'(£) = £</„_,(31). СКО числа ПС процесса доведения есть: а'Щ = (32).

1,о

Переход к реальному времени осуществляется так: = т2 ■ , (33).

У-0

Анализ матрицы (26) показывает, что она является «разреженной». Тогда, для ее обращения (получения ФМ) можно использовать формулу Фробениуса. Это даст возможность получить МО и О времени в аналитическом виде.

Выделим в матрице (26) следующие подматрицы (34), применим для ее

Л' ■ В. .

к/

Я;

Ь'-' + ^'-'-В-Я-'; —А'~' В Н~

-я-'-сл"1 \'н".........

.(35)

Использование такого подхода показало, что МО и £> времени могут быть найдены непосредственно из МПВ по следующим правилам:

Правило£ ЛГ(0 = г-Г£3Пл,>, + 1]>

Правило 5.

(36)

(37)

Таким образом, определены ВВХ, ВХ процесса доведения сообщения в соединении «точка-точка».

Математическая модель доведения сообщений до абонентов зоны оповещения по низкочастотному радиотракту АСЦО с учетом МОП.

Основу данной модели также составляет аппарат КМЦ. ГСП исследуемого процесса доведения представлен на рисунке 4.

Рол.

Рисунок 4 - ГСП процесса доведения сообщений в соединении «точка-многоточка» (от ПДРЦ ко всем АС) Состояния данного графа таковы: 50 - сообщение не доведено ни до одной АС; - 53- сообщение доведено от одной, до трех АС соответственно, и т.д.; - сообщение доведено до всех К АС.

МПВ. КМЦ процесса доведения сообщения имеет вид:

Рои Рол ••■ Рож

0 Рч ■•• Р,.к

(38). Анализ процесса доведения позволил получить

о 0 ... Ркх

следующее правило определения элементов МПВ КМЦ (38).

Правило б. Пусть г - номер строки, _/- номер столбца МПВ (38); р-вероятность доведения сообщения до одной АС за один повтор на текущем повторе, 9 = 1 -р. Тогда элементы МПВ (38) находятся так (39):

Искомые ВВХ в этом случае не могут находится по известному УКЧ (22), т.к. рассматриваемая КМЦ является неоднородной. В этом случае УКЧ применяется в модифицированном виде, т.е. по правилу 7. Правило 7. //¿о = р[к1\ -Р^кщ (40)> гДе Р(к,х) и Р(к1\ - векторы вероятностей

состояний процесса доведения на г и на г-1 повторах; - МПВ

рассматриваемой КМЦ на г повторе. Искомые ВВХ есть динамика вероятности состояния Б/с (состояния доведения) ГСП рисунка 4 от числа шагов (ПС).

Определим на базе расчета ВВХ процесса численно ВХ за фиксированное число шагов (Ь) процесса, т.е. получим оценочные значения МО М(1) и дисперсии /)[/.] для КМЦ, описывающей процесс доведения сообщений в

соединении «точка-многоточка». Определим М(1) так: М(Ц = • - Я?^")]

(41). Дисперсия шагов КМЦ за фиксированное число шагов Ь[Ц есть: бщ = ¿[(^ - ■ [' - => ¿{Ц = т]£>(Ц (42). Переход к реальному времени

осуществляется по формулам:

"(О = г-£[/-(/*>-/*-'>)} = (43), где / - шаг КМЦ;

Р<'~п - вероятность нахождения КМЦ в ПоС на г-1 шаге; - вероятность нахождения КМЦ в ПоС на /' шаге. Таким образом, численно определены ВХ доведения сообщений процесса доведения в исследуемой радиосети при произвольном М. Причем Ь шаг КМЦ определяет количество полученных ПС.

Определение ВХ процесса доведения сообщения в радиосети аналитическим путем (через ФМ и ДМ). Так как МПВ неоднородной КМЦ является непостоянной от шага к шагу процесса, вследствие изменения значений переходных вероятностей (ПВ) МПВ, обусловленных наличием различных, типов и количества МП на текущем множестве накопленных в ЛП повторов, то существует множество ФМ и ДМ данной КМЦ. Согласно (40) при формировании ВВХ, а следовательно и ВХ участвуют следующие МПВ: - на первом шаге решения - МПВ - на втором шаге решения -

МПВ Р(2)[а-+1х+1], причем Р( 1 1,] 1 1 ], так как элементы данных

МПВ формируются без МП; - на третьем шаге решения - МПВ /^'[хч^ж+п» причем элементы данной МПВ сформированы согласно МП существующих на 3 повторах; и т.д. вплоть до МПВ Рт[к+\,кщ, причем элементы данной МПВ сформированы согласно МП существующих на накопленных М повторах. Очевидно, что ФМ на первом шаге есть м» • ФМ на втором шаге

[л,л]

есть причем А™л] = = лг[л.к]; ФМ на третьем шаге есть к]; и

0, если у < г

РУ = 1 Л-1 Н ■ ■

\pK-iP 1 >если/>(

. (39)

0 <1<К 0<J<K

т.д. вплоть до ФМ на М-м шаге есть Л^,. Причем структура ФМ

однотипна, а значения ее элементов различны. Зная, что МО числа ПС процесса доведения сообщения, есть сумма всех элементов последней строки ФМ, а так как ФМ несколько (КМЦ неоднородна), можно предположить, что МО числа повторов для неоднородной КМЦ есть (44), где ¿4-и - элементы ФМ К]; - элементы ФМ Л^р И т-д- вшють Ь("и ' элементы ФМ ^[кку Переход к реальному времени осуществляется по формуле (45).

и К-1 м

М'(У)- *° (44), М'(1) = г- _ (45). Дисперсия числа ПС процесса

4 М м

доведения сообщения для соединения «точка-многоточка» определяется по элементам ДМ получаемой согласно (29), т.к. ГСП КМЦ описывающая процесс доведения в соединении «точка-многоточка» имеет вид рисунка 4, тогда, элементы последней строки ДМ есть: <1к_и, где 7 = 0,(ЛГ — 1). Таким

образом, И повторов есть: бщ = > так как количество ФМ (для

неоднородной КМЦ) равно: где / = Тл7 (46) (для нашего случая

Ы[кк] = Ы[кк^' тогда' количество ДМ: ^{К К],где ¡ = Тм (47). Тогда, О есть (48), где (1'Л 1 - элементы последней строки ДМ. Переход к реальному

времени осуществляется так (49). э'Щ = ¿^¿й, м => <т'(£) = ,/£>'(£) (48),

>1 /-0 /

£>'(.() = г- -ХЕ^-м Iм (49)- Таким образом, определены ВХ для неоднородной

>1 ыо /

КМЦ описывающей процесс доведения ПС в радиосети аналитическим путем (через ФМ и ДМ).

Определения ЧХ процесса доведения сообщения. Обобщенное выражение нахождения МО числа АС, получивших сообщение при получении г ПС есть (50). Обобщенная формула нахождения О числа АС, получивших сообщение при получении г повторов, есть (51), где - решение УКЧ на /'

шаге; г,'ки,=(0 1 2 ... К)Т\ ¿ = Ш; Л*(Г,[К] - МО числа приемников радиосети, до которых доведено сообщение при получении г повторов ЛП.

= <50)' =■^= (51)

Таким образом, определены ВВХ, ВХ и ЧХ процесса доведения сообщения в соединении «точка-многоточка».

В третьем разделе разработана методика обоснования типов и количества МП в ЛП абонента НР АСЦО, проведена оценка оперативности доведения сообщений в НР. Конечным результатом применения тех или иных МП на множестве полученных повторов являются ВВХ. Очевидно, что ВВХ зависят от ПВ КМЦ. В свою очередь, каждая ПВ есть аналитическая зависимость от системных параметров процесса доведения сообщения и, в частности, от типов МП и их количества. Математическая постановка задачи при обеспечении

рл„=/(Ро>1>УЛО[к} }| ) не ниже требуемой при фиксированном качестве

канала имеет вид: тт{£>[Л,]т"""'}|^ для Р1„(1)>Р2'Ч0 при р0=соти М=соп$1 (52).

Обобщенная структура методики представлена на рисунке 5. В результате на каждом шаге решения УКЧ и как следствие, на каждом из множеств полученных ЛП повторов существует свое количество необходимых МП разного типа, обеспечивающих ВВХ не ниже требуемых. Данный подход целесообразно использовать на стадии проектирования и разработки ЛП АС для НР АСЦО. Расчеты ВВХ по математической модели доведения сообщения в НР АСЦО в соединении «точка-точка» приведены в виде графиков на рисунке 6. Расчеты ВХ доведения сообщения в НР АСЦО в соединении «точка-точка» приведены в таблице 1. Расчеты ВВХ доведения сообщений ко всем АС ЗО по НР АСЦО представлены в виде графиков на рисунках 7. Расчет ВХ доведения сообщения ко всем АС ЗО приведен в таблице 2. Расчет ЧХ процесса доведения сообщения ко всем АС ЗО в динамике получаемых ЛП АС ПС представлены на рисунке 8. Методика определения достаточного количества типов МП и их количества была использована при следующих данных: М-12; р0=0,2; ег=0,1%. Результат применения методики представлен на рисунке 9 и в таблице 3.

А

НАЧАЛО

I

;од: M, {Q[N]q }

Ч') Р/

9

'1

3 определить ПВ МПВ =>МПВ КМЦ

4 рассчитать УКЧ=> ^,(0

6 отбросить старший тип МП

+

7 сформировать

t

9 ввод допустимой степени расхождения функции атр

-1

10 уменьшить количество старшего типа {0|Л11'"'}|

11 определить ПВ МПВ => МПВ КМЦ

12 рассчитать УКЧ => P"M(t)

+

13 рассчитать

вывод достаточных типов МП {дл, ?"''}1

/15вывод дост. количества / старшего типа МП

16

КОНЕЦ

Рисунок 5 - Обобщенная структура методики

0.75

-0.5

-0.25

/=100 бит

70=0.05

р»=0.1

РгО. 15

б) /=200 бит

-0.75

-0.5

-0.25

Рг=0.05

рг=0.15

р„=0.1

/>,=0.05 МП не

______ . . . . -I-1-1-1-1-11 23454789 10 11 12 12 3 4 5 4 1*» "поетооь.

повтооы повторы

Рисунок 6 - Графики ВВХ процесса доведения сообщения в «точка-точка»

М (шт.): 12

Типы МП: 2/3,3/5. 4/7,5/8, 5/9, 6/10, 6/11. 7/12

/ (в-бкг): 100 ! 200

ро: 0,15 0.1 0,05 1 0.15 0,1 0,05

лад (в- повторах): 7,452760 5,621649 3,727644 | 8,827855 ! 6,519003 4,496660

а (в повторах): 0.670117 0,671125 0,57663 | 0,634772 0,625089 0,647646

V (бод): 70а

лад (в секундах): 10,6468012 8,0309281 | 5,3252059 ; 25,2224447 18,6257237 12,8476015

а (в секундах): 0,9573910 0,9587504 1 0,8237703 | 1,8136368 1,7859690 1,8504190

Г-(бод): 130а

лад (в- сек\'ндах): 5,7328929 4,3243458 2,8674186 1 13,5813164 1 10,0292358 6,9179392

о (в секундах): 0,5155182 0.5162502 0,4435686 | 0,9765737 0,9616756 0.9963794

Рм,...........«1.при ЛГ-^О. /=100 бит

/%, б) при АГ=40, /=200 бит

-0.75

-0.5

-0.25

р„=0.05

р,г=0.15

р„=0.1

-I-1-1-Г

1 2 3 4 5 4 1 8 9 10 11 12 ПОвТОрЫ

Рисунок 7 - Графики ВВХ процесса доведения сообщения ко всем АС

16

.1/ (шт.): 12

Типы МП: 2/3, 3/5, 4/7, 5/8, 5/9, 6/10, 6/11, 7/12

А" (шт.): 40

/ (вбит): юи 200

Ра- 0,15 0,1 0,05 0,15 0,1 0,05

Л/М (в повторах): 8.029257 6,358446 4.951894 9.219291 7.3110329 5.442765

о (Р. повторах): 0.720031 0.652319 0,581201 0,801546 0.7526023 0,612508

Г(бод): 70

ЛЯ'] (в сек\"ндах): 11.470367 9,083494 7.074134 26,340831 20.888665 15,550775

а (в секундах): 1.022444 0.926292 0,825305 1.138195 1,068695 0,869761

К (род): 130

ЩЦ (в секундах): й. 176351 4.891112 3,809149 14.183524 11,247742 8.373484

ст (в секундах): 2.052088 1,859109 1,656422 2.284406 2,144916 1.745647

повтсшы повторы

Рисунок 8 - Графики ЧХ процесса доведения сообщения ко всем АС радиосети

Рисунок 9 - Количество МП «до» и «после» применения методики

Таблица 3 - Достаточное количества МП при М= 12 и ро=0,2.

Кол-во пита}«)» - И Типы МП 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

2/3 - - 1 3 б 10 15 21 28 36 45 55

3/? - - - 1 5 15 35 70 126 126 126

4/7 - 1 7 28 84 84 84

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования решена актуальная, имеющая важное значение для развития инфраструктуры народного хозяйства РФ задача разработки НМА определения оперативности доведения сообщений в НР АСЦО с учетом МОП в помеховых условиях.

В области теоретических исследований получены следующие результаты: -сформированы правила синтеза МПВ для КМЦ, описывающей процесс доведения сообщений в соединениях «точка-точка» и «точка-многоточка» с учетом МОП, инвариантные к числу повторов и типам используемых МП, что позволило найти ВВХ процесса; - на основе найденных ВВХ сформированы выражения для численного нахождения оценочных значений ВХ (МО и дисперсии времени доведения сообщения с учетом МОП в рассматриваемом радиотракте) доведения сообщений за конечное число шагов КМЦ; - методика обоснования типов и количества МП инвариантна как к числу их типов, так и к количеству накопленных повторов сообщения, что позволяет ее использовать и в других СПД.

В дальнейшем полученные научные результаты и практические рекомендации могут быть использованы предприятиями и организациями РФ следующим образом: - при обосновании ТТТ и ТТЗ на НИР и ОКР по построению СПД, использующих способ повторения сообщений для повышения надежности и достоверности их доставки в условиях помех; - при проектировании и оценивании качества информационного обмена в разрабатываемых и перспективных системах и сетях связи общего назначения; - в учебном процессе ввузов.

В рамках сформулированной в диссертационной работе научной задачи дальнейшие исследования целесообразно продолжить в следующих направлениях: - в математической модели процесса доведения сообщения в соединении «точка-точка» учесть нестационарность помеховой обстановки, приводящей к изменению вероятности ошибки на элементарный символ в сеансе доведения; - в математической модели процесса доведения сообщения в соединении «точка-многоточка» учесть неоднородность отдельных направлений связи по вероятности ошибки на элементарный символ, а также конечную живучесть передающих радиоцентров, излучающих сигналы сообщения.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях из перечня ВАК: 1. Дробышев М.Ю. Нахождение ВВХ доведения сообщений в соединении «точка-точка» в циркулярной радиосети оповещения / В.А. Цимбал, Л.Н. Косарева // Проектирование и технология электронных средств / -ВлГУ.ФРЭМТ- Владимир, 2013. - №4 - С. 15-24.

2. Дробышев М.Ю. Математическое моделирование процесса доведения сообщения в радиосети без обратной связи с повторениями и накоплением информации / В.А. Цимбал, М.Ю. Попов // Информационные технологии в проектировании и производстве/ - Москва, 2010. - С. 82-84.

В других изданиях:

3. Дробышев М.Ю. Модель процесса доведения сообщений в радиальной неоднородной сети без обратной связи на основе производящих функций / C.B.Вилков, Р.М.Гаджиев, Д.В.Грачев // МНТК: сб.науч.тр- Серпухов, 2008.- №3- С. 15-19.

4. Дробышев М.Ю. Нахождение основных характеристик процесса доведения сообщений в радиальной неоднородной сети без обратной связи на основе производящих функций / C.B. Вилков // Труды VII РНТК: сб.науч.тр-Калуга, 2008.-С. 74-78.

5. Дробышев М.Ю. Алгоритм обоснования типов и количества мажоритарных проверок в логическом приемнике абонента радиосети с накоплением информации / С.С.Ференец, А.М.Деркач // Труды IV МНПК.-Серпухов, 2010-С.334-337.

6. Дробышев М.Ю. Методика обоснования типов и количества мажоритарных проверок, применяемых в логическом приемнике абонента радиосети с повторениями и накоплением информации на базе чувствительности конечных марковских цепей. Труды XXIX ВНТК. - Серпухов, 2010. - С. 72-74.

7. Дробышев М.Ю. Обоснование типов и количества мажоритарных проверок, применяемых в логическом приемнике абонента радиосети с повторениями и накоплением информации, на базе чувствительности конечных марковских цепей /М.Ю.Попов, Т.А.Исаева//Труды II ВНТК-ПУВТ.-Владимир, 2010.-С.79-81.

8. Дробышев М.Ю. Оптимальное распределение пропускной способности группового цифрового канала между разнородными абонентами / С.С. Ференец,

A.Н.Богатырев, А.В.Подлегаев // Труды РНТОРЭС им. A.C. Попова. Вып. L.XV. -Москва, 2010. - С. 200-202.

9. Дробышев М.Ю. Особенности аналитического нахождения ВВХ и ВХ для неоднородной КМЦ процесса доведения информации в радиотракте специальной АСУ. XXXI ВНТК. Часть №1. - Серпухов, 2012. - С. 98-113.

10. Отчет об ОКР «Паутина-ИИФ» (технический проект) / «МОУ «ИИФ» науч. рук. Цимбал В.А. - Серпухов, 2012. - С. 36-49.

11. Патент № 108702 Российская Федерация, МПК Н04В 7/00. Генератор псевдослучайной последовательности / В.А.Цимбал, М.Ю.Попов, М.ЮДробышев и др.; заявитель и пат-ль СВИ PB.- 20.09.2011.-5 с.

12. Патент №106411 Российская Федерация. Анализатор спектра сигнала /

B.П. Горковенко, И.Н. Медов, Г.Л. Форсов; заявитель и пат-ль МОУ «ИИФ». - 10.07.2011.-5 с.

Подписано в печать 03.04.14. Заказ 363. Формат 60 х 84'Лб. Тир. 100 экз. Объем 1,25 п.л. ГУМ МО Серпуховская типография Главное управление по информационной политике Московской области

ФИЛИАЛ ВОЕННОЙ АКАДЕМИИ РВСН имени ПЕТРА ВЕЛИКОГО _(г. Серпухов Московской области)_

УДК 621.391 ББК 32.88

Экз. №

л,, л,, ,—На правах рукописи

ДРОБЫШЕВ МАКСИМ ЮРЬЕВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПЕРАТИВНОСТИ ДОВЕДЕНИЯ СООБЩЕНИЙ В НИЗКОЧАСТОТНОМ РАДИОТРАКТЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ОПОВЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ

Специальность: 05.12.13 «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор ЦИМБАЛ В.А.

СОИСКАТЕЛЬ:

Серпухов - 2014

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение 5

1 Анализ особенностей ACO. Постановка задачи исследования 17 1. 1 Особенности построения систем оповещения 17

1.1.1 Местные системы оповещения 18 1. 1.2 Локальные системы оповещения 21 1. 1.3 Объектовые системы оповещения 23

1.2 Автоматизированная система централизованного оповещения на

базе комплекса технических средств П-166 25

1. 3 Методическое обеспечение и основание для создания ACO 28

1. 4 Анализ низкочастотного радиотракта АСЦО 33 1. 5 Особенности распространения и анализ естественной помеховой

обстановки в низкочастотном диапазоне волн 35

1. 5.1 Особенности распространения низкочастотных волн 35

1.5.2 Анализ естественной помеховой обстановки в низкочастотном 37 диапазоне волн

1.6 Постановка задачи исследования и направления ее решения 43

Выводы по первому разделу 50

2 Математические модели процесса доведения сообщения в низкочастотном радиотракте АСЦО 51

2. 1 Обоснование применяемого научно-методического аппарата

конечных марковских цепей 51 2. 2 Обоснование исходных данных для математического моделирования процесса доведения сообщений в радиосети с повторениями и

мажоритарной обработкой повторов 57

2.3 Математическая модель доведения сообщения в низкочастотном радиотракте АСЦО в соединении «точка-точка» с учетом мажоритарной обработки повторов 68

2. 4 Математическая модель доведения сообщений до абонентов зоны

оповещения по низкочастотному радиотракту АСЦО с учетом мажоритарной обработки повторов 88

Выводы по второму разделу 105

3 Разработка методики обоснования типов и количества мажоритарных проверок в логическом приемнике абонента низкочастотного радиотракта АСЦО 107

3. 1 Методика обоснования типов и количества мажоритарных проверок в

логическом приемнике абонента низкочастотного радиотракта АСЦО 107 3. 2 Определение оперативности доведения сообщений в низкочастотном

радиотракте АСЦО с учетом мажоритарной обработки повторов 113 Выводы по третьему разделу 124

Заключение 125

Список использованных источников 129

Приложения 140

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АС - абонентская станция

АСУ - автоматизированная система управления

АСЦО - автоматизированная система централизованного оповещения

БЛО - блок логической обработки

БОС - блок обработки сигнала

ВВХ - вероятностно- временные характеристики

ВХ - временные характеристики

ГО - гражданская оборона

ДПС - декодер повтора сообщения

30 - зона оповещения

ИО - информационный обмен

КМЦ - конечная марковская цепь

КТС - комплекс технических средств

ЛП - логический приемник

МО - математическое ожидание

МП - мажоритарная проверка

МПВ - матрица переходных вероятностей

МШП - матрица шагов переходов

НР - низкочастотный радиотракт

ПДРЦ - передающий радиоцентр

ПС - получатель сообщения

ПУ - пункт управления

СКО - среднее квадратическое отклонение

СО - система оповещения

СПД - сеть передачи данных

УКЧ - уравнение Колмогорова-Чепмена

ЧС - чрезвычайная ситуация

ЧХ - числовые характеристики

ВВЕДЕНИЕ

Основной задачей в случае возникновения любых чрезвычайных ситуаций (ЧС) является сохранение жизни людей, попавших в опасную зону. В настоящее время во главе угла при решении этой задачи стоит своевременное оповещение и информирование всех заинтересованных лиц при помощи современных средств связи. Прогнозируемые, а также возникающие вне прогноза техногенные и природные ЧС требуют оперативных и скоординированных действий со стороны всех уровней единой государственной системы предупреждения и ликвидации ЧС России (РСЧС). В число основных задач РСЧС входит оповещение ответственных должностных лиц в оперативных единых дежурно-диспетчерских службах (ЕДДС) (орган повседневного управления муниципального звена РСЧС) Министерства чрезвычайных ситуаций (МЧС) Российской Федерации (РФ), департаментах, управлениях, отделах, ведомствах, службах, а также оповещение населения, находящегося в районе ЧС. На решение комплекса этих задач направлена работа действующих систем оповещения (СО) гражданской обороны (ГО) [36,44,67-69,90,91,93,98].

Под системой оповещения понимается организационно-техническое объединение сил, средств связи и оповещения, сетей вещания, каналов сети связи общего пользования, обеспечивающих доведение информации и сигналов оповещения до органов управления, сил единой государственной системы предупреждения и ликвидации ЧС и населения. А оповещение есть процесс, обеспечивающий целенаправленные действия по предупреждению и информированию в кратчайшие сроки о возможности возникновения или возникновении ЧС различного характера на определенной территории [16,36,48,49,54,70,77,81,90].

Создание, совершенствование (реконструкция) и поддержание в постоянной готовности к использованию СО ГО является составной частью мероприятий по ГО, которые проводят федеральные органы исполнительной

власти, органы исполнительной власти субъектов РФ, а также органы местного самоуправления на соответствующих территориях и в организациях [36,48,49,74,87].

Системы оповещения ГО должны охватывать 100% населения страны, в том числе: - 96% населения должны оповещаться автоматизированной системой централизованного оповещения РФ (АСЦО); - 4% населения должны оповещаться путем использования всех имеющихся действующих средств связи [49,89,93,94]. Значительная экономическая целесообразность функционирования таких систем оповещения подтверждена на практике. При возникновении ЧС каждая минута промедления оборачивается значительными материальными и, самое главное, людскими потерями. Это подтверждается анализом убытков, которые понесла Россия в результате последних техногенных ЧС. В данной ситуации лица, которые занимают руководящие посты разных уровней в сфере ГО, несут персональную ответственность за создание, совершенствование (реконструкцию) и поддержание в постоянной готовности к работе систем оповещения ГО.

В состав системы оповещения ГО России входят [48,49,72,73,80,90]:

- федеральная система оповещения;

- региональные системы оповещения (PCO);

- территориальные системы оповещения (ТСО);

- местные системы оповещения (МСО);

- локальные системы оповещения (JICO);

- объектовые системы оповещения (ОСО).

Федеральная АСЦО в автоматическом режиме обеспечивает поступление сигналов и информации оповещения от главных пунктов управления (ПУ) МЧС России до всех пунктов управления региональных центров (РЦ), органов управления по делам ГОЧС, соединений и воинских частей войск ГО, находящихся в подчинении федерального центра, а также до федеральных органов исполнительной власти [83-86].

Основной задачей АСЦО является доведение информации и сигналов оповещения до [36,49,70,71,79,93,94]:

- федеральных органов исполнительной власти;

- органов исполнительной власти субъектов РФ;

- территориальных органов МЧС России - региональных центров по делам гражданской обороны, чрезвычайных ситуаций и предотвращения последствий стихийных бедствий (далее - региональный центр МЧС России) и органов, специально уполномоченных решать задачи гражданской обороны и задачи по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций по субъектам РФ (далее - главное управление МЧС России по субъекту РФ).

PCO обеспечивают передачу сигналов (распоряжений) и информации оповещения от пунктов управления РЦ до подчиненных им органов управления по делам ГОЧС, сил, соединений и частей войск ГО. Их работа сопряжена с работой федеральной системы и обеспечивает оповещение 7 регионов [67,68,77,78,94,95].

Основной задачей PCO является обеспечение доведения информации и сигналов оповещения до:

- руководящего состава ГО и территориальной подсистемы РСЧС субъекта РФ;

- главного управления МЧС России по субъекту РФ;

- органов, специально уполномоченных на решение задач в области защиты населения и территорий от ЧС и (или) ГО при органах местного самоуправления;

- ЕДДС муниципальных образований;

- специально подготовленных сил и средств РСЧС, предназначенных и выделяемых для предупреждения и ликвидации ЧС, сил и средств ГО на территории субъекта РФ;

- дежурно-диспетчерских служб организаций, эксплуатирующих потенциально опасные объекты;

- населения, проживающего на территории соответствующего субъекта РФ.

Оповещение населения РФ и органов управления на территории городов, городских и сельских районов обеспечивается 88 ТСО, каждая из которых работает в автоматическом режиме [93-97].

Основной задачей ТСО является обеспечение передачи сигналов (распоряжений) и информации оповещения от органов, осуществляющих управление ГО на территориях субъектов РФ до [81,94,95,97]:

- органов, осуществляющих управление ГО на территории города и прилегающих к нему районов;

- руководителей организаций и служб, обеспечивающих ГО, в республиках, краях, областях, автономных областях и округах, а также в Москве и Санкт-Петербурге;

- диспетчеров оперативных дежурных служб на потенциально опасных объектах (совокупность зданий, строений, сооружений, машин, оборудования и технических средств, расположенных на определяемых в соответствии с законодательством РФ объектах использования атомной энергии (в том числе ядерных установках, пунктах хранения ядерных материалов, радиоактивных веществ и радиоактивных отходов), опасных производственных, особо опасных, технически сложных, уникальных объектах и гидротехнических сооружениях, аварии на которых могут привести к ЧС) и других крупных объектах экономики;

- населения, проживающего на территории того или иного субъекта РФ.

Основной задачей МСО является обеспечение доведения информации

и сигналов оповещения до:

-руководящего состава ГО и звена территориальной подсистемы РСЧС, созданного муниципальным образованием;

- специально подготовленных сил и средств, предназначенных и выделяемых (привлекаемых) для предупреждения и ликвидации ЧС, сил и средств ГО на территории муниципального образования;

- дежурно-диспетчерских служб организаций, эксплуатирующих потенциально опасные производственные объекты;

- населения, проживающего на территории соответствующего муниципального образования.

Основной задачей JICO является обеспечение доведения информации и сигналов оповещения до [44,48,49,67,68,70]:

- руководящего состава ГО организации, эксплуатирующей потенциально опасный объект и объектового звена РСЧС;

- объектовых аварийно-спасательных формирований, в том числе специализированных;

- персонала организации, эксплуатирующей опасный производственный объект;

- руководителей и дежурно-диспетчерских служб организаций, расположенных в зоне действия JICO;

- населения, проживающего в зоне действия JICO.

Системы оповещения всех уровней должны технически и программно сопрягаться. Управление автоматизированной системой оповещения (ACO) осуществляется с автоматизированных рабочих мест, расположенных на основном и резервном пункте управления (ПУ). Технические средства ACO должны находиться в режиме постоянной готовности к передаче сигнала «Внимание всем!» и текста сообщения о ЧС и обеспечивать автоматизированное включение оконечных средств оповещения от оперативного дежурного (начальника смены) или дежурного диспетчера ЕДДС или потенциально опасного объекта. При создании ACO необходимо предусматривать их организационно-техническое сопряжение с действующими или проектируемыми системами аварийной сигнализации и контроля потенциально опасного объекта.

Известно, что информационная сеть федеральной АСЦО строится на базе системы проводной и радиосвязи. Система радиосвязи функционирует с использованием нескольких радиоканалов различных длин волн (трактов). В неблагоприятных внешних условиях (сложный рельеф местности, погодные условия, время года и суток, солнечная и грозовая активность, возможные

последствия техногенных аварий и катастроф, последствия начала военных действий и т.д.) по трактам АСЦО очевидно, что наиболее вероятным является прием информации ПУ по более низкочастотным каналам связи (в силу особенностей распространения таких радиоволн - относительной стабильности амплитуды и фазы сигналов от возможных агрессивных факторов внешней среды и среды распространения). Это обеспечивает доведение управляющей информации до ПУ (объектов инфраструктуры, абонентов МЧС рассредоточенных на большой территории и т.д.).

АСЦО представляют собой, как правило, сеть доведения циркулярной информации до абонентов, распределенных на большой территории. Данные системы строятся, в виде радиосетей передачи данных (СПД) без обратной связи. Особенностью их функционирования является передача сообщений путем их многократного повторения, по нескольким параллельным каналам радиосвязи, а также использования определенного алгоритма (процедур) повышения достоверности принимаемой информации в логических приемниках (ЛП) абонентов (абонентских станций (АС)) зоны оповещения (ЗО) [73,75,76,84,85]. Размещение ЛП АС осуществляется на объектах инфраструктуры РФ, региональных центрах МЧС и т.д. рассредоточенных на территории РФ.

В настоящее время в целях повышения надежности доведения и дальности охвата, в состав федеральной АСЦО дополнительно вводится низкочастотный радиотракт (мириаметровые волны (СДВ)), обеспечивающий своевременное доведение сообщений до всех ПУ и АС МЧС РФ в любых условиях обстановки. В условиях различных воздействий по трактам доведения сигналов оповещения, очевидно, что наиболее вероятным является, прием информации, по данному радиотракту доведения [36,90,83-85].

Таким образом, системы оповещения предназначены для обеспечения своевременного доведения информации и сигналов оповещения до органов управления, сил и средств ГО, РСЧС и населения об опасностях, возникающих при поражающих факторах современных средств

поражения (явления и процессы, возникающие при ведении военных действий или вследствие этих действий и оказывающие негативное влияние на жизнь и здоровье граждан, имущество физических и юридических лиц, государственное и муниципальное имущество), а также при угрозе возникновения или возникновении источника чрезвычайных ситуации (опасное природное явление, авария или опасное техногенное происшествие, широко распространенная инфекционная болезнь людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также применение современных средств поражения, в результате чего произошла или может возникнуть ЧС) [89,91,94].

Очевидно, что низкочастотный радиотракт (НР) доведения, в СО, имеет исключительную важность в части надежного и своевременного доведения информации до абонентов сети оповещения.

Своевременность (оперативность) информационного обмена (ИО) (доведения сообщений) в таких СО принято оценивать вероятностно-временными характеристиками (ВВХ) и временными характеристиками (ВХ) [30,101,103].

Однако, сложность решения такой задачи требует прежде всего разработки обоснованного научно-методического аппарата расчета ВВХ и других характеристик с учетом реализованного алгоритма повышения достоверности принимаемой информации (процедуры накопления повторов и их мажоритарной обработки), осуществляемой в средствах приема и обработки информации, базирующегося на известных решениях подобных вопросов.

В области разработки и создания ACO и систем связи, функционирующих в сложной помеховой обстановке, накоплен большой опыт. Организациями, имеющими серьезные разработки по таким направлениям, являются НИИ «Автоматики и электроники» г. Томск, ОАО «Концерн «Созвездие» г. Воронеж, ОАО «КНИИТМУ» г. Калуга, ОАО «Калужский завод телеграфной продукции», г. Калуга, ОАО «Концерн «Орион» г. Москва, ОАО «КБ приборостроения» г. Тула, ФГУП «Омское производственное

объединение» г. Омск, ФГУП «ЦКБ «Геофизика» г. Красноярск, ФГУП НИИ им. A.A. Семенихина г. Москва, ОАО «РИМР» г. Санкт- Петербург, ЗАО НИВЦ АС г. Москва, МОУ «ИИФ» г. Серпухов, ФГУП НИИ систем связи и управления г. Москва, Институт проблем передачи информации РАН г. Москва и др. Разработки данных организаций, прежде всего, ориентированы на гарантированную доставку сообщений управления в ЧС.

Вопросам построения систем и сетей передачи информации автоматизированных систем управления (АСУ) и ACO в сложной помеховой обстановке и чрезвы�