CC BY
79
2013
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА
№ 189
УДК 621.396.98.004.1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ РЕЖИМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАВИСИМОГО НАБЛЮДЕНИЯ
Д.А. ЗАТУЧНЫЙ, А.И. ЛОГВИН
В данной статье рассматривается задача определения оптимального количества линий передачи данных для реализации режима АЗН. Приводится критерий выбора количества линий передачи данных.
Ключевые слова: автоматическое зависимое наблюдение, ситуация в полёте воздушного судна, количество каналов связи воздушного судна.
1. Введение
Основным элементом для внедрения режима АЗН (автоматического зависимого наблюдения), ближайшей перспективы развития систем УВД, является работа линии передачи данных. Следовательно, возникает задача выбора оптимального количества линий передачи данных с учётом двух факторов: безопасности полётов и стоимости.
2. Критерий определения количества каналов, необходимых для выполнения требований по безопасности полётов
Для реализации режима АЗН имеющиеся в наличии связные ресурсы должны обеспечивать с заданной вероятностью требования по обеспечению безопасности полётов. Это условие можно определить следующей формулой
P(d = 0)>g, (1)
где g - заданная вероятность обеспечения требований по безопасности полётов; d - число отказов от обслуживания требований.
Как следует из [1] в процессе полета ВС по трассе можно выделить 10 ситуаций, при которых координатная информация с борта ВС должна обновляться с различной частотой.
Рассматриваемые ситуации могут быть распределены в группы по высоте приоритета для передачи информации (табл. 1).
Таблица 1
Приоритет Ситуации Периодичность обновления координатной информации Для ВС, находящихся в данных ситуациях, %
1 А7, А8, А9,А10 5с 9
2 А2, А3 7с 9
3 А4, А5, А6 30с 7
4 А1 180с 75
Как следует из табл. 1, рассматриваемые в полёте ситуации по периодичности обновления координатной информации, делятся на 4 группы:
1) для первой группы периодичность обновления информации 5 с;
2) для второй группы периодичность обновления информации 7 с ;
3) для третьей группы периодичность обновления информации 30 с ;
4) для четвёртой группы периодичность обновления информации 180 с .
Для реализации режима АЗН необходимо решить одну из задач, а именно, определить влияние специфики установления связи в радиолинии на объем передаваемой информации.
Здесь возможны два варианта использования радиолинии: с закрепленным за ВС каналом связи в многоканальной системе с временным, кодовым или частотным разделением каналов, хотя в последние годы применяется, в основном, кодовое разделение каналов, с каналом связи, предоставляемым только на время передачи сообщений.
В первом случае объем передаваемой информации может быть минимальным и закрепленные каналы связи используются при передаче сообщений с интервалом Т=5 с. Однако при Т > 30 с время использования канала связи составляет несколько процентов от возможного и первый вариант становится экономически невыгодным.
Далее решаем задачу определения необходимого количества каналов для решения данной задачи АЗН с учётом различных ситуаций в полёте ВС.
Количество каналов, необходимых для обеспечения требований по безопасности полётов, можно определить формулой
l = f (n,a ,t), (2)
где n - число ВС в зоне, обслуживаемой диспетчером; a - ситуация в полёте ВС (a = 1,...,4 ); t -время, необходимое для передачи канала связи от одного ВС к другому ВС. Предполагается, что резерв каналов связи является нагруженным, т.е. канал связи передаётся от ВС, непереда-ющего сообщение, к ВС, который должен передать сообщение. Предположим, что t = const.
Сформулируем критерий определения количества каналов, необходимых для обеспечения требований по безопасности полётов
l ® min (3)
при ограничении P(d = 0)> g.
3. Расчёт количества линий передачи данных с учётом ситуаций в полёте ВС
Одной из составляющих количества каналов связи, постоянно закреплённых за ВС, находящихся в 1-3 ситуациях, есть величина, вычисляемая по формуле
n1 = n(Pl + Р2 + Р3 ) , (4)
где p1, p2, p3- вероятность нахождения ВС в первой, второй и третьей ситуации соответственно;
n - число ВС, находящихся под управлением диспетчера.
Введём обозначения:
p/ - вероятность безотказной работы i каналов, закреплённых за i ВС, i = 0,...,n1;
q[ - вероятность отказа i каналов, закреплённых за i ВС, i = 0,...,n1.
Тогда математическое ожидание числа безотказно работающих каналов связи вычисляется по формуле
n1 /
m = £ ip/ . (5)
i=0
Сделаем вывод, что m = n1 , так как вероятность безотказной работы канала связи в течение заданного времени является величиной, которую можно считать приближённо равной единице.
Введём величину
m1 = maxi: q/ > 1 -g. (6)
Соответственно необходимое число резервных каналов, требующихся для обеспечения требований безопасности полётов, равняется m1 .
Событие, заключающееся в безотказном обслуживании требований, состоит в выполнении одного из двух событий: безотказная работа канала связи или отказ канала связи и безотказное переключение на другой канал
i \ k-1 i P(d 0) Рраб + Ротк 2(1 Рперекл.^ Рперекл. , (7)
i=0
где Рраб - вероятность безотказной работы канала связи; Ротк = 1 - Рраб - вероятность отказа канала связи; k- максимальное число каналов связи, имеющихся в наличии; Рперекл- вероятность безотказного переключения на другой канал.
Количество слагаемых в выражении (7) определяется выражением (1). Введём обозначения:
k-1/ V
У(1 -Р )Р = Q
перекл.! перекл. '
i=0
q = mini: Рраб. + Q >g.
Для ВС, находящихся в первой, второй и третьей ситуациях (канал связи закреплён за ВС постоянно), количество каналов связи может быть определено по формуле
l1 = n1 + m1 ■ q . (8)
Для ВС, находящихся в четвёртой ситуации, введём следующие обозначения: T - период работы диспетчера; t - длительность сообщения.
На рис. 1 показано распределение сообщений с ВС, находящихся в четвёртой ситуации, в течение периода работы диспетчера.
1 ВС -1-1-
T
t1 t1 +1 |
2 0 ^ ВС t2 12 +1 1
m.
й
ВС
tm + t
T
0
t
m
Рис. 1. Распределение сообщений с ВС в течение периода работы диспетчера Введём обозначения: Т1 + {], Т2 =[/2;/2 + ^,..., Тт = ^т ;1т + /].
Приведём совокупность условий, при выполнении которых для данной ситуации полёта ВС 1 канал связи обслуживает т ВС
Введём
обозначения:
T П T2; T3 n(T1 u T2);
Tm п(u 1),i = 1,...,m-1. Р^Пг^)= 1 - t
T
(9)
^2 = Р!з u T2),...,
gm-1 = Р(Тт , I = т -1), С = glg2...gm-1.
Тогда, если G >у, то, учитывая (1), 1 канал может обслужить т ВС, находящихся в четвёртой ситуации. Как правило, учитывая периодичность сообщений, их среднюю длительность
и время работы диспетчера, эту ситуацию можно считать невозможной, соответственно необходимо иметь в наличии более одного канала связи.
Можно предложить следующее правило определения количества каналов:
1) рассчитываются вероятности всех возможных сочетаний пересечений по 2 сообщения, 3 сообщения и т.д.;
2) выбирается ситуация с максимальной вероятностью;
3) количество резервных каналов соответствует количеству пересечений для ситуации с максимальной вероятностью.
Введём обозначение т2 - количество резервных каналов.
Определим количество каналов, необходимых для обеспечения требований по безопасности полётов для ВС, находящихся в четвёртой ситуации при условии, что один канал связи обслуживает все ВС
12 = 1 + т^ . (10)
Тогда общее число каналов, необходимых для обеспечения требований по безопасности полётов, вычисляется по формуле
I = ¡1 + ¡2. (11)
Приведём пример, показывающий расчёт необходимого количества каналов. Приведём необходимые начальные данные:
1) время работы диспетчера Т = 4ч ;
2) среднее время передачи сообщения I = 12с. Данные по времени передачи сообщений приведены в [2];
3) по данным, приведённым в [3], вероятность безотказной работы канала связи 0,999;
4) по данным, приведённым в [3], вероятность безотказного переключения на другой канал 0,999 ;
5) исходя из требований по безопасности полётов, приведённых в [2], у = 0,999999 ;
6) число ВС, находящихся под управлением диспетчера, п = 5 .
Исходя из данных, приведённых в [1], число ВС, находящихся в первых трёх ситуациях, равно 1, а число ВС, находящихся в четвёртой ситуации, равно 4 .
Рассчитаем слагаемые, входящие в выражение (7), 1 слагаемое равно 0,999 и по формуле (7)
р(р0тк = 0) = 0,999 + 0,001 • 0,999 = 0,999999.
Соответственно q = 1.
Рассчитаем величину т1 по формуле (6) q0 = 0,999 = 0,997, q1/ = 3- 0,9992 • 0,001=0,003, q2 = 3- 0,999 • 0,0012 = 0,000003, q3 = 0,0013 = 0,00000000.
Так как q3 < 1 -у, то т1 = 2.
Таким образом, ¡1 = 1 + 2 -1 = 3.
Учитывая, что периодичность передачи сообщений для четвёртой ситуации равняется 180с и число ВС, находящихся в четвёртой ситуации, равняется 4 , то число сообщений со всех ВС за период работы диспетчера вычисляется следующим образом: 4ч = 240мин = 14400с; 14400: 180 = 80 - число сообщений с одного ВС; 80 • 4 = 320- число сообщений со всех ВС.
I 12
Так как = 1--= 1--< у , то 1 канала связи для обслуживания всех ВС будет недо-
1 Т 14400
статочно.
Среди всех вероятностей пересечений наибольшее значение 0,84 имеет ситуация с двумя пересечениями. Тогда т2 = 1; ¡2 = 1 + 1-1 = 2; I = 3 + 2 = 5.
Таким образом, можно сделать следующий вывод: с учётом рекомендаций 1С АО по безопасности полётов необходимое число каналов связи будет равно 5 .
ЛИТЕРАТУРА
1. Анодина Т.Г. и др. Автоматизированные системы УВД. - М.: Транспорт, 1992.
2. Руководство по методике планирования воздушного пространства для определения минимумов эшелонирования. - ИКАО. - 1-е изд., 1998.
3. Руководство по применению линий передачи данных в целях обслуживания воздушного движения. - ИКАО. - 2-е изд., 1999.
DEFINITION OF OPTIMUM NUMBER OF LINES FOR BROADCASTING DATA FOR REALIZATION OF ADS REGIM
Zatuchny D.A., Logvin A.I.
In this paper the problem of definition the optimum number of lines for broadcasting data for ADS regim realization is considered. Criterion of choice lines for broadcasting data is formulated.
Key words: automatic dependent surveillance, situation during air ship's flight, .number of line for connection of air
ship.
Cведения об авторах
Затучный Дмитрий Александрович, 1970 г.р., окончил МГПУ им. В.И. Ленина (1992), кандидат технических наук, доцент кафедры технической эксплуатации радиотехнических систем воздушного транспорта МГТУ ГА, автор 45 научных работ, область научных интересов - навигация, организация воздушного движения.
Логвин Александр Иванович, 1944 г.р., окончил КГУ (1966), доктор технических наук, профессор кафедры управления воздушным движением МГТУ ГА, заслуженный деятель науки РФ, академик Российской академии транспорта, автор более 500 научных работ, область научных интересов - техническая эксплуатация РЭО, радиолокация, системы УВД.
