Статьи

К списку статей

Метод расчета вероятности доставки извещений в радиоканальных системах сигнализации

Сегодня наиболее широкое распространение имеют асинхронные адресные радиоканальные системы сигнализации (РСС) с последовательным приемом сигналов, в том числе с односторонней и двусторонней передачей информации. Для таких систем важной характеристикой является вероятность того, что в момент передачи сигнала каким-либо передатчиком, встроенным, например, в извещатель охранной или пожарной сигнализации, канал связи не будет занят сообщением другого передатчика. Поскольку в таком случае сообщения обоих передатчиков, скорее всего, будут потеряны. В статье рассматривается метод расчета вероятности приема сигналов в зависимости от количества передатчиков радиоканальной системы сигнализации и периодичности их тестовых сигналов, а также приводятся способы ее повышения.

Модель системы

При выборе и проектировании радиоканальной системы сигнализации, исходя из требований к системе в целом, необходимо определить допустимые значения параметров для каждого ее элемента в отдельности, основываясь на значениях основных характеристик системы в целом. Подойдем к решению задачи с точки зрения теории массового обслуживания. Для этого будем считать последовательность принимаемых радиосигналов, например, приемником приемно-контрольным прибора, потоком событий. Для решения поставленной задачи выполним расчет вероятности приема сигнала «тревога» на фоне существующей последовательности радиосигналов в общем канале связи (например, на несущей частоте диапазона 433 МГц) для разного количества сигналов передатчиков. Исходную последовательность сигналов формируют различные сигналы всех передатчиков радиоканальной системы сигнализации, но основной вклад вносят сигналы «автотест». Выделение сигналов «автотест» значительно упростит расчеты из-за стационарности значений периодов их повторения. Параметры последовательности сигналов «автотест» определяются общим количеством передатчиков, интервалом автотеста и структурой сигнала передатчика (длительность посылки, число повторений, длительность паузы между посылками, случайностью или детерминированностью этих характеристик).
Выберем модель системы массового обслуживания и определим ее параметры.
  • Сигналы передатчиков характеризуются следующими временными параметрами (рис. 1):
Модель системы массового обслуживания
Рис. 1. Временные параметры потока сигналов «автотест» передатчиков № 1 и № 2
t пк - длительность одной пачки сигнала (пакета информации);
Т пв - интервал между принимаемыми пачками сигналов от передатчиков с разными номерами.
  • Будем считать, что при начальном включении комплекта передатчиков принимаются меры для распределения сигналов «автотест» на всем протяжении рассматриваемого интервала времени (в нашем случае он равен 24 часам) таким образом, чтобы исключить ситуации, когда заведомо определено их совпадение (т.е. выполнение неравенства Т пв min > t пк ).
  • Будем считать, что сигналы «автотест» вновь подключаемых передатчиков в систему заведомо не будут совпадать по времени с сигналами «автотест» ранее установленных.
В поток сообщений (рис. 2а) случайным образом попадает сигнал тревоги с одного из передатчиков (рис. 2б и рис. 2в).
Сигнал тревоги от передатчика
Рис. 2. Поток сигналов «автотест» от извещателей и сигнал «тревога» (цифрами обозначены номера передатчиков)
Время включения сигнала «тревога» случайно и, допустим, равномерно распределено на интервале между сигналами «автотест». Для упрощения расчетов полагаем, что все принимаемые сигналы имеют одинаковую мощность (рис. 2г). А также, что интервалы между сигналами «автотест» имеют равномерное распределение (рис. 3) и все передатчики находятся в зоне уверенной радиовидимости своих приемников.
Рис. 3. Плотность вероятности интервалов Т пв между сигналами «автотест» Рис. 4. Определение вероятности события А
Использование аппарата теории массового обслуживания потребует дополнительного преобразования потока сообщений к специальному виду (рис. 2г). При этом каждое событие будет характеризоваться указанием только момента времени, когда оно происходит.
Очевидно, что для рассматриваемых систем Т пв может принимать случайные значения от сигнала к сигналу, причем в течение времени под воздействием факторов окружающей среды изменение каждого из них имеет случайный характер. Причинами этого являются, например, асинхронный принцип радиоканальной системы сигнализации и различие климатических условий работы разных извещателей.
Таким образом, мы наложили ограничения на свойства потока сигналов, которые позволяют упростить процедуру вычислений и в то же время не допускают появления грубых погрешностей.
Рассматриваемый поток событий (рис. 2г) однородный, ординарный, стационарный и с ограниченным последействием. По определению, это поток Пальма [1].
Вероятность правильного приема сигнала «тревога» определяется по формуле [1]:
Длительность пачки сигнала передатчика
где t пк - длительность пачки сигнала передатчика;
А - соответствует событию, когда пачки двух сигналов не совпали.
При частичном наложении пачек двух сигналов в некоторых радиоканальных системах сигнализации возможно принять сообщения совпавших пачек сигналов. Это возможно в том случае, если информационная посылка имеет несколько повторений в пачке и хотя бы одно из повторений принято без искажений. На рисунке 5 показаны две пачки от передатчиков № 11 и 12, состоящие из трех информационных сообщений с одинаковыми длительностями импульсов и паузами между импульсами.

Рис. 5. Пример совпадения пачек сигналов «тревога» и «автотест»
При совпадении пачек сигналов вероятность неискаженного приема хотя бы одной информационной посылки в каждой из пачек (рис. 5г) определяется по формуле:

где B - соответствует событию, когда пачки совпали таким образом, что искажены все повторы информационных сообщений, кроме какого-либо одного.
Вероятность приема хотя бы одного сигнала «тревога» из пачки определяется по формуле:

В системах более высокого класса периоды повторения устанавливаются случайными. Это необходимо для того, чтобы исключить одновременное совпадение всех информационных сообщений в пачках сигналов. При этом формула определения полной вероятности изменится и значение вероятности увеличится. Так, к примеру, P(B) для пачек из 3 сообщений определяется по формуле:

где Р(В1) - вероятность совпадения первых сообщений в пачках; Р(В2, В3 / В1) - условная вероятность даже частичного совпадения вторых и третьих сообщений в пачках, при совпавших первых сообщениях.

Расчет вероятности

Определим вероятность приема сигнала «тревога» в асинхронной радиоканальной системы сигнализации с одним каналом связи и односторонней передачей информации при различных значениях интервала «автотеста» при следующих условиях:
1. Длительность информационного сообщения передатчика - 0,125 с.
2. Число повторений сообщений передатчиков - 3.
3. Значение паузы между сообщениями - 5 с.
Полученные результаты для 100, 200, 500, 1000 и 1500 передатчиков приведены на рисунках 6 и 7.

Рис. 6. Вероятность приема сигнала «тревога» при различных значениях интервала «автотеста» для РСС с одним каналом связи


Рис. 7. Вероятность приема сигнала «тревога» при различных значениях интервала «автотеста» и длительностях сообщений 0,125 и 0,6 с для РСС с одним каналом связи

Уменьшение вероятности приема происходит из-за увеличения времени занятости канала связи сигналами и помехами. Причинами увеличения занятости канала сигналами радиоканальной системы сигнализации могут послужить следующие факторы.
1. Малый период передачи сигнала «автотест» от каждого передатчика.
2. Увеличение общего числа передатчиков.
Особенно сильно это может влиять, когда используется канал связи с частотами «нелицензируемого» диапазона, например, 433 МГц. Поскольку на несущей частоте в любой момент может появиться сигнал от медицинской техники, радиоуправляемой игрушки, связных радиостанций и т.д. и занять канал в момент, когда возникла необходимость передать сигнал «тревога».
3. Увеличение общего количества сигналов от каждого передатчика. В объектовой радиоканальной системы сигнализации сигналы тревог могут передаваться с достаточно малым интервалом времени, значение которого сопоставимо с периодом сигналов «автотест». В какое-то время суток возможно блокирование канала связи потоком сигналов.
4. При большей длительности информационного сообщения.
5. Двусторонняя передача информации в одном общем канале связи радиоканальной системы сигнализации. Сигналы квитирования, запросов и синхронизации дополнительно занимают канал связи.

Заключение

При загруженности рабочего канала радиоканальной системы сигнализации необходимо изыскивать дополнительные каналы передачи сообщений с таким расчетом, чтобы пропускная способность всей совокупности каналов превосходила величину передаваемого количества информации от передающих устройств. Например, использовать другой частотный канал. Также желательно разделить передачу служебных, тревожных сигналов и ретранслированных сигналов по разным каналам. Дополнительно к этому, радиоканальная система сигнализации с двусторонней передачей имеют возможность оперативно перестраиваться с занятого канала на другой свободный канал непосредственно в процессе эксплуатации.
В то же время, существуют другие инструменты, позволяющие повысить вероятность приема при заданном количестве передатчиков или увеличить число радиоустройств без существенного уменьшения вероятности приема. Эти инструменты используются при частотно-территориальном планировании радиоканальной системы сигнализации и к ним можно отнести, например, следующее.
  • Адаптация мощности радиопередатчиков в зависимости от расстояния до приемника. Это полезно и для экономии батареи питания, и для предотвращения блокирования соседней радиоканальной системы сигнализации, расположенной поблизости и использующей тот же канал.
  • Использование направленных антенн (позволяет увеличить дальность связи в дополнение к указанным в предыдущем пункте факторам).
  • Использование одновременно нескольких приемников (работающих в одном канале) с территориально разнесенной установкой и подключением их к одному приемно-контрольному прибору .
  • Использование независимых приемников (работающих в одном канале) с антеннами, расположенными ортогонально друг другу.
  • Регламентировать тип и количество передаваемых сигналов. Например, для каких-либо радиоканальных извещателей, контролирующих менее важные зоны, свести к разумному минимуму количество служебных сигналов и максимально увеличить период сигнала «автотест».
  • Регулировать по возможности время передачи служебных сигналов таким образом, чтобы они имели более или менее равномерное распределение прихода на приемной стороне. Радиоканальная система сигнализации с двусторонней передачей имеют возможность организовать синхронный режим работы (с возможностью передачи тревожных сигналов в асинхронном режиме) для обеспечения равномерного распределения служебных сигналов.
  • Использовать сигналы меньшей длительности. Возможность варьирования этим инструментом, как правило, есть на этапе выбора радиоканальной системы сигнализации.
  • Использование маршрутизации через ретрансляторы (частотная и пространственная). Радиоканальная система сигнализации с двусторонней передачей имеют возможность организовать разнообразные варианты маршрутизации, поскольку каждое из устройств содержит и приемник, и передатчик.
  • Использование помехозащитного кодирования радиосигналов извещателей, которое позволяет с определенной вероятностью восстанавливать сообщения, частично искаженные, например, помехами или другими сигналами в канале связи.
Данная методика может быть использована и для систем передачи извещений на пульт централизованного наблюдения по радио- и телефонным каналам.

Литература:
1. Овчаров Л.А. Прикладные задачи теории массового обслуживания. - М.: Машиностроение, 1969

Сергей Кот, Представительство ADI International
Журнал "Алгоритм Безопасности" № 2, 2008 год.




Радиоканальные системы

Внешний вид Астра-8 Внешний вид Астра-8
Извещатель охранный совмещенный (ИК+звук)
897

Производитель Теко
Внешний вид Астра-3221 лит.1 Внешний вид Астра-3221 лит.1
Извещатель точечный радиоканальный
1 067

Производитель Теко
Внешний вид Астра-3321 лит 1 Внешний вид Астра-3321 лит 1
Извещатель охранный точечный магнитоконтактный радиоканальный
1 071

Производитель Теко
Внешний вид RR-1R Внешний вид RR-1R
Приемник RR-1R
1 560

Производитель Альтоника
Внешний вид RR-1R2 Внешний вид RR-1R2
До 12 брелков в двух зонах, 2 реле, до 2 А, 24 В
1 830

Производитель Альтоника
Внешний вид RR-701T Внешний вид RR-701T
Радиокнопка Риф Ринг RR-701T, до 1000 м
1 600

Производитель Альтоника
Внешний вид Астра-421 исп. РК2 лит.1 Внешний вид Астра-421 исп. РК2 лит.1
Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный радиоканальный
1 601

Производитель Теко
Внешний вид Астра-6131 лит.1 Внешний вид Астра-6131 лит.1
Извещатель охранный поверхностный звуковой радиоканальный
1 614

Производитель Теко
Внешний вид Астра-4511 исп. РК2 лит.1 Внешний вид Астра-4511 исп. РК2 лит.1
Извещатель пожарный ручной радиоканальный
1 742

Производитель Теко
Внешний вид Фотон-19РК Внешний вид Фотон-19РК
Извещатель охранный объемный оптико-электронный радиоканальный
1 775

Производитель Риэлта
Найдено товаров: 610
1 2 3 4 5

Возврат к списку

Создание проекта системы видеонаблюдения всего за несколько минут;
Все РЕАЛЬНО: в т.ч. сектора наблюдения, параметры кабельных трасс;
Загрузка готовых планов и их масштабирование;
Спецификация обрудования и смета создается автоматически;
Дружелюбный интерфейс;
Индивидуальные настройки программы и оборудования.
Техподдержка встроена непосредственно в программу.
Регистрация занимает одну минуту.

ОТ ЗАПРОСА ДО ОФОРМЛЕННОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ - 15 МИНУТ