Статьи

К списку статей

Вероятность доставки сообщений в радиосистемах передачи извещений асинхронно-адресного типа

Радиосистемы передачи извещений к настоящему времени уже заняли свое достойное место в ряду других систем охраны (мониторинга) объектов. О достоинствах и недостатках радиосистем передачи извещений было много сказано, а широкое внедрение этих систем подтверждает тот факт, что плюсов в реальных условиях оказывается гораздо больше, чем минусов.
Среди радиосистем передачи извещений наибольшее распространение получили асинхронно-адресные системы с кодовым разделением каналов в силу своей относительной простоты, невысокой цены и удовлетворительной надежности, хотя они и обладают рядом существенных недостатков.
В таких системах все физические каналы связи между объектами и пультом централизованного наблюдения (ПЦН) используют одну и ту же полосу частот, а сигналы могут передаваться в произвольные моменты времени, независимо от того, занят канал передачей другого сигнала в данный момент времени или нет. Принадлежность объекта к конкретной системе и его номер определяются ПЦН по идентификационным кодам, входящим в состав сигнала. Обычно извещение (далее - сообщение) содержит примерно от 20 до 60 бит, с помощью которых передаются идентификационный номер системы (если используется), номер объекта, код события, а также служебные биты, использующиеся для синхронизации и определения ошибок в приеме. В большинстве систем для передачи бит используются частотно-манипулированные сигналы.
Теперь несколько слов о трафике сообщений в системе. У асинхронно-адресных систем есть своя «ахиллесова пята». Ею является передача тестовых сообщений, с помощью которых определяется работоспособность канала передачи «объект - ПЦН». Тестовые сообщения передаются периодически, с интервалом от десятков минут до единиц часов, в зависимости от важности (стоимости) охраняемого объекта. Поэтому они и составляют основную долю трафика. Однако в таких системах существует два интервала «пик», утром и вечером, когда объекты снимаются и ставятся на охрану. Назовем эти интервалы интервалами наблюдения, а их длительность - Тнабл. Как показывает практика, величина трафика в течение интервала наблюдения возрастает в 3-4 раза и более, а доля тестовых в общем объеме переданных сообщений мала. Длительность интервалов наблюдения составляет 1-2 часа.
В дальнейшем будем считать, что сообщение не доставлено, если оно не зарегистрировано ПЦН. На вероятность недоставки извещений в основном влияет два физических процесса, которые в дальнейшем будут учитываться: наложение сигналов различных извещений из-за асинхронного режима передачи в канале и, как следствие, их искажение и неприем, а также неправильный прием или неприем сигналов конкретных «битов» из-за конечной величины отношения « сигнал-шум » на входе приемника (блока обработки) сигналов.
Определим вероятность недоставки сообщений при следующих условиях:
  1. Система является симплексной. Передача сообщений происходит в одном направлении - от объекта на ПЦН.
  2. Процессы наложения сигналов в канале и возникновения ошибок в приеме сигналов «битов» являются независимыми процессами, причем при наложении сигналы искажаются настолько, что не могут быть принятыми приемником ПЦН, независимо от соотношения мощностей этих сигналов.
  3. В качестве блока обработки ПЦН используется оптимальный приемник двух ортогональных сигналов с неизвестной фазой.
  4. Для передачи сообщений используются коды, определяющие, но не исправляющие ошибки. Это значит, что при возникновении хотя бы одной ошибки при приеме бит, составляющих сообщение, последнее считается не принятым.
  5. Каждый объект за интервал наблюдения передает сообщение один раз, причем моменты выхода на связь распределены равновероятно в интервале наблюдения. Также в системе для повышения вероятности доставки сообщений может быть использовано многократное повторение сообщений, причем считается, что повторные сообщения также равновероятно распределены в интервале наблюдения.
Таким образом, вероятность недоставки сообщения в асинхронно-адресных системах при r-повторениях равна:
Радиосистемы передачи извещений
Формула (1) показывает, что величина Pr зависит от большого количества параметров. Поэтому попробуем сначала разобраться в физике процессов. На рис. 1 показаны графики зависимостей p, Pb, Pr при r = 1 (без повторений), 5 и 10, полученные при следующих условиях: в системе обслуживается 1000 объектов (N = 1000), длительность одного сообщения Тк = 0,1 с, количество бит в сообщении n = 40, а интервал наблюдения Тнабл = 1 час. Как видно из рисунка, даже при низких отношениях «сигнал-шум» можно получить вполне приемлемую вероятность ошибки в приеме 1 бита p, чего нельзя сказать о вероятности неприема (ошибки приема) сообщения в целом Pb, которая почти на два порядка больше p.
Это объясняется тем, что для принятия сообщения необходимо принять без ошибок все биты сообщения, а их 40. Ошибка в приеме хотя бы одного бита ведет к неприему всего слова. Тем не менее, увеличивая h, можно получить малую величину Pb. А вот величину Pr при r = 1 уменьшить аналогичным образом не удастся. Как показывает график, добиться приемлемой величины Pr при r = 1 вообще невозможно: начинает превалировать эффект наложения сообщений друг на друга. Единственный выход - передавать сообщения с повторениями. С помощью повторений можно существенно улучшить положение. Однако дальнейшее увеличение количества повторений не дает существенного выигрыша. Например, увеличение r с 1 до 5 приводит к уменьшению Pr практически на пять (!) порядков, а увеличение r до 10 - всего лишь на полтора порядка по отношению к Pr при r = 5. Снова начинает сказываться увеличение вероятности наложения сообщений из-за их многократного повторения. Более того, чрезмерное увеличение количества повторений может привести к увеличению Pr, что будет показано далее.
Что же является приемлемой величиной Pr? Определенного критерия нет. Каждый решает сам для себя в конкретных условиях, какая величина Pr приемлема. Например, если в системе обслуживается 1000 объектов, а Pr = 10 - 3, это значит, что в среднем каждый «час пик» будет не принято одно сообщение. Скорее всего, будет потеряно информационное сообщение, так как, как было сказано выше, доля тестовых сообщений в общей массе сообщений очень мала. Много это или мало? На мой взгляд - много, и величина Pr = 10 - 3 может считаться условно некоторой верхней границей Pr, «переходить» которую не следует.
Радиосистемы передачи извещений
На рис. 2 показана зависимость Pr от количества объектов N в системе при передаче сообщений без повторений и при различных отношениях «сигнал-шум» h. Как и следовало ожидать, с увеличением количества объектов Pr растет, причем при h = 3,5 Pr >10 - 3 для любых значений N (не показано на рисунке). Из графика видно, что практически при N > 500 Pr > 10 - 3, и никакое увеличение h (увеличение мощности объектового передатчика) не может помочь делу.
В некоторых системах для увеличения дальности (или помехоустойчивости) используются очень узкополосные каналы. Это приводит к тому, что резко возрастает длительность сообщения. На рис. 3 показаны зависимости Pr от количества объектов в системе при длительности сообщения, равной 3 с. При r = 1 Pr > 10-3 уже при N > 30, причем увеличение r не дает значительного выигрыша в количестве объектов. Поэтому в таких системах для обслуживания сравнительно большого количества объектов с должным качеством требуется большое количество частот.
На рис. 4 показана зависимость Pr от количества повторений сообщений. Анализ зависимости показывает, что существует вполне определенное значение r, при котором наблюдается минимум Pr, хотя минимум достаточно «тупой». Так, для N = 1000 Pr < 10-3 практически для всех реальных значений r. Более того, даже для N = 2000 можно получить Pr < 10-4, если r = 9. Иначе говоря, в системе с длительностью сообщения около 100 миллисекунд на одной частоте могут передавать свои сообщения до 2000 объектов, при этом вероятность доставки сообщений будет менее 10, если количество повторений будет равно 9.
Резюмируя, можно сказать следующее:
  • Получено математическое выражение, связывающее вероятность недоставки сообщения со всеми основными параметрами системы и учитывающее два физических фактора, влияющих на прием сообщений: наложение сообщений друг на друга из-за асинхронной передачи и наличие шумовой помехи на входе приемника.
  • Для заданных параметров системы существует некоторое значение количества повторений r, при котором наблюдается минимум вероятности недоставки сообщений Pr, причем в системе с некоторыми средними параметрами (Тк = 0,1 с; n = 40; h = 5) при количестве повторений r = 9 может обслуживаться около 2000 объектов с вероятностью недоставки сообщений менее 10-4.
  • В системах, использующих узкополосные каналы, увеличение количества повторений не приводит к значительному увеличению количества обслуживаемых объектов с заданным качеством.
  • Рекомендуется использование ретрансляторов не только с точки зрения расширения зоны покрытия системой, но и с точки зрения увеличения количества объектов в системе, обслуживаемых с заданным качеством. Дело в том, что, как правило, канал связи «ретранслятор - ПЦН» имеет хороший энергетический потенциал за счет использования направленных антенн, установленных на значительной высоте, иногда более мощных передатчиков. Это позволяет резко снизить количество повторений и увеличить количество объектов, даже если ретрансляторы симплексные и вся система работает на одной частоте.
  • Для правильного конфигурирования системы с целью увеличения возможного количества объектов, обслуживаемых с заданным качеством, объектовые приборы и ретрансляторы должны иметь возможность изменения избыточности и передачи повторных сообщений через интервалы времени, выбираемые по псевдослучайному закону.

    В. Белкин, «Си-Норд»
    "Алгоритм Безопасности" № 2, 2006 год.



  • Системы передачи извещений

    Внешний вид Атлас-3Т (вар. 1.00) Внешний вид Атлас-3Т (вар. 1.00)
    Атлас-3Т (вар. 1.00)
    Доступно: 1 шт.
    500

    Производитель Аргус-Спектр
    Внешний вид УО-1А Внешний вид УО-1А
    УО-1А
    Доступно: 3 шт.
    2 062

    Производитель Радий
    Внешний вид УО-3К Внешний вид УО-3К
    УО-3К
    2 818

    Производитель Радий
    Внешний вид УОО-АВ исп.1 Внешний вид УОО-АВ исп.1
    УОО-АВ исп.1
    3 393

    Производитель Аргус-Спектр
    Внешний вид УОП-АВ Внешний вид УОП-АВ
    УОП-АВ
    4 409

    Производитель Аргус-Спектр
    Внешний вид БВУ Внешний вид БВУ
    БВУ
    5 456

    Производитель Радий
    Внешний вид Прима-3А с БФ Внешний вид Прима-3А с БФ
    Прима-3А с БФ
    7 281

    Производитель Аргус-Спектр
    Внешний вид УОО-АВ исп. 5/2 Тандем-2М с АКБ Внешний вид УОО-АВ исп. 5/2 Тандем-2М с АКБ
    УОО-АВ исп. 5/2 Тандем-2М с АКБ
    12 027

    Производитель Аргус-Спектр
    Внешний вид УОП-GSM-2 Внешний вид УОП-GSM-2
    УОП-GSM-2
    16 336

    Производитель Аргус-Спектр
    Внешний вид Гранит-Л2 Ethernet вар.02 Внешний вид Гранит-Л2 Ethernet вар.02
    ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МОДЕМ
    25 341

    Производитель Сибирский Арсенал
    Найдено товаров: 22
    1 2 3

    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