Диссертация (Метод тестирования устойчивости телекоммуникационной системы управления беспилотных летательных аппаратов к воздействию сверхкоротких электромагнитных импульсов), страница 10

На основании указанных исследований можно выделить реакциина определенные критериальные уровни воздействия СК ЭМИ и наведенные токии напряжения. Подробнее рассмотрим некоторые из них.1. Энергонезависимая память.Напряжение питания современных микросхем составляет порядка от 3 до5В, а в зависимости от технологии микросхемы, помехоустойчивость по уровнюлогического «0» и «1» лежит в пределах от 0,8 до 2,5 В.Облучению СКИ ЭМИ с формой импульса изображенной на рисунке 2.5былиподверженымикросхемыAT28C64B(напряжениепитания5В)производства ATMEL, карты памяти типо SD и mSD емкостью 516 МБ62(напряжение питания 3 В) производства Kingston и Transcend, а также бытовыеаудио- и видеозаписывающие устройства.В процессе эксперимента были получены следующие результаты:- при уровнях воздействия от 40 до 70 кВ/м и длительностью 500 пс пооснования импульса микросхема имеет высокую способность сохранения заранеевнесенной информации;- электромагнитный импульс с амплитудой напряженности поля 10-30кВ/м начитают проявляться искажения в картах памяти SD и mSDвовключенном аудио-видеоустройстве (запитанном), рисунок 2.6;Рисунок 2.5 – Осциллограмма воздействующего импульса- при облучении 3 мин и более при уровне воздействия 1 кВ/м происходитзависание устройства;- эффективное влияние на устройства неспециального назначения всостоянии исполнения функции рабочей группы начинается с напряженностиэлектрического поля 10 кВ/м и более;- при напряженности поля E=10 кВ/м, длительности импульса τ=100пснаведенные напряжения и ток равны соответственно значения 9 В и 0,2А.[62]63Рисунок 2.6 – Амплитудно-временная эмуляция аудиоинформации картыпамяти после облучения устройства записи2.

Ethernet.а) Рассматриваются спецификации 10Base-T и 100Base-TX, в качествефизической среды передачи использовалась экранированная витая пара категории5. При напряженности 0,5-1 кВ/м наблюдаются ошибки в работе локальной сети,при уровне поля 6 кВ/м временное нарушение работы, а при уровне более 12 кВ/мпроисходилоразрушениеаппаратногообеспечения.Экспериментальноустановлено, что при напряженности электрического поля в 12 кВ/м внеэкранированной витой паре наводилось напряжение до 90 В и наблюдаласьпотеря связи.На рисунке 2.7 представлены результаты снижения производительностисети Ethernet в зависимости от частоты следования сверхширокополосныхимпульсов.б) В следующей работе рассматривалась инжекция электромагнитныхимпульсов в линии связи, представляющую из себя неэкранированную витуюпару категории 5e с использованием индукционной связи.

В результатеэксперимента определялись пороговые уровни функционирования 8-портовогоконцентратора.64Число потерянных блоков1750150012 кВ/м12 кВ/м6 кВ/мНормированное число посланных блоков20004,3 кВ/м0,2 кВ/м1250100075050025000255075100125150175Частота повторения сверхширокополосных импульсов, Гц6 кВ/м4,3 кВ/м0,2 кВ/м0,950,900,850,800200а)1,00255010012515075Частота повторения импульсов, Гц175200б)Рисунок 2.7: а) зависимость числа потерянных блоков от частоты повторенияимпульсов; б) снижение готовности сетиНа рисунке 2.8 приведены зависимости параметров периодическиповторяющихся импульсных помех в линии связи (амплитуды и частотыследования импульсов), при которых происходит отказ активного сетевогооборудования.Рисунок 2.8 – зависимости амплитуды наведенных импульсов отчастоты следования, при которых происходит отказ концентратораТаким образом, концентратор Ethernet наиболее уязвим к синфазнымтокам ≥ 10 мА при частоте следования импульсов около 80 МГц.В работе были получены следующие результаты, рассмотренные втаблицах 2.2 и 2.3.

При фиксированных значениях:- длина кадра – 1024 байта;65- длительность импульсной помехи – 120 нс (для Fast Ethernet и GigabitEthernet) и 600 нс (для 10 Gigabit Ethernet);- частота повторения импульсов – 30 кГц (для Fast Ethernet и GigabitEthernet) и 100 кГц (для 10 Gigabit Ethernet).Т а б л и ц а 2.2– Пороговые значения амплитуды периодически повторяющихсяимпульсных помех, при которых происходит искажение данных в сетях EthernetFastEthernet(100Base-TX)ПотерикадровEthernetсоставляют 1-2%ПотерикадровEthernetсоставляют 98-100%GigabitEthernet(1000Base-T)10 Gigabit Ethernet(10GBase-T)0,8 В1,2 В1,2 В3,8 В9В2,5 ВТ а б л и ц а 2.3 – Пороговые значения частоты следования периодическиповторяющихся импульсных помех, при которых происходит искажение данных всетях EthernetFast Ethernet(100Base-TX)Gigabit Ethernet(1000Base-T)10 Gigabit Ethernet(10GBase-T)Потери кадров Ethernetсоставляют 1-2%23 кГц40 кГц142 кГцПотери кадров Ethernetсоставляют 98-100%62 кГц110 кГц220 кГцФиксированныепараметры амплитуда помехи – 2 В длина кадра – 1024 байта, длительность импульсной помехи – 120 нсТакже было установлено:- при частоте повторения импульсов 1 МГц и амплитуде напряженностиэлектрического поля до 400 В/м СКИ ЭМИ оказывает деструктивное воздействие напроцесс передачи в сетях Fast и Gigabit Ethernet;66- уровне СКИ-наводок на нагрузке сетевого интерфейса при которыйпроисходит разрушение сетевого соединения составляют до 6 В при емкостнойинжекции и 12 В при индуктивной инжекции и длительности импульсов до 200 нсВ области частот от 10 до 500 кГц потери кадров начинают возрастать,только когда амплитуда воздействия начинала превышать некоторую предельнуювеличину.

Для стандарта Fast Ethernet эта величина равняется 2,6 В, для GigabitEthernet – 5 В, для 10 Gigabit Ethernet – 2,2 В. Также было отмечено, что зависимостьувеличения потерь кадров от частоты повторения импульсов помехи равнозначназависимости от длительности импульса помехи.[35-39]3. Локальные вычислительные сети. В работах, посвященных оценкеустойчивости локальных вычислительных сетей при условии воздействия СКИЭМИ, выбраны следующие уровни, при которых наступают сбои:- амплитуда воздействующих импульсов поля – 10 кВ/м;- в случае применения излучателей на основе полупроводниковых ключейдиапазон частот воздействующих импульсов должен находиться в интервале 0,1 1 кГц, а также 0,01 – 0,1 кГц – в случае применения излучателей на основеискровых разрядников.Длительность фронта или длительность излучаемых импульсов должнанаходиться в пределах 0,25-0,5 нс.Анализ эффектов, возникающих в ЛВС при преднамеренном воздействииСКИ ЭМИ, показал следующие результаты.

Эксперименты проводились счастотой повторения импульсов 100 Гц.Сервер типа Pentium 1. Зависание сервера происходило при амплитуденапряженности электрического поля СКИ ЭМИ равной Е=3,5 кВ/м. При Е=5 кВ/мчерез 1-5 секунд происходило зависание сервера. При воздействии с уровнемЕ=15 кВ/м после повторных включений в одном из серверов были обнаруженыиспорченные файлы. При напряженности поля Е=30 кВ/м в ближней зоне у обоихсерверов при включении неоднократно были обнаружены сбои в установках вбазовой системе ввода-вывода (BIOS).67Сервер типа Pentium 2.

Зависание клавиатуры происходило при амплитудеимпульса Е=3,5 кВ/м через 1-5 секунд, наблюдались те же эффекты, что длясервера Pentium 1 при Е= 5 кВ/м. При этом тот же эффект что и у сервераPentium1 наблюдался при уровне напряженности поля Е=30 кВ/м.Сервер Pentium 3. При Е=3,5 кВ/м происходило зависание сервера втечение 10 секунд работы генератора. В нормальном режиме работы сервера приЕ= 6 кВ/м – зависание.

При воздействии Е=7,8 кВ/м в течение 2 секундпроисходило зависание через сбой клавиатуры При. При Е= 8,5 кВ/м зависаниесервера происходило не более, чем через 2 секунды,Сервер Pentium 4. Сбой клавиатуры наблюдался только при Е=7,8 кВ/мпри воздействии в течение 10 секунд,. После, отключения клавиатуры, серверчерез 5–10 секунд восстанавливался. При Е=11 кВ/м зависание серверапроисходило не более, чем через 5 секунд.Серверы Pentium 4 и Xeon. При уровне напряженности электрическогополя Е=2,5кВ/м менее чем через 1 секунду происходило зависание сервера.Наибольшее влияние на ЛВС оказали импульсы длительностью: 400 пс,600 пс, 190-240 пс.Отмечено, что при повышении частоты следует ожидать увеличениячувствительности серверов к воздействию ЭМИ, особенно при совпадениичастоты или кратности повторения импульсов с одной из тактовых частотсервера.При исследовании воздействия СКИ ЭМИ на ЛВС в целом, состоящей из 2серверов, таблица 2.4 были получены следующие результаты.Т а б л и ц а 2.4 – Характеристики серверов управления ЛВС№ п/пХарактеристики серверовсервер №1Intel Pentium 4 2800 МГц, , объем жесткого диска – 120 Гб, объем ОЗУ – 512 Мбсервер №2AMD Athlon+ 2600 МГц, объем жесткого диска – 80 Гб, объем ОЗУ – 256 МбВ таблице 2.5 приведены обобщённые данные по уровням устойчивости68элементов ЛВС.[50,51]Т а б л и ц а 2.5 – Обобщенные результатыОбъект исследованияУровни устойчивости, кВ/мСбойОтказ1…1,510…25ЛВС в промышленном исполнении0,5…1,55…100Беспроводные ЛВС0,05…0,25…255…10>100ЛВС общего назначенияСпециализированные вычислительные сетиНаблюдалось полное блокирование работы ЛВС при воздействии СКИЭМИ на концентратор с напряженностями электрического поля 2,5 кВ/м сдлительностью воздействующего импульса 790 пс.Установлено, что 100 % потеря информации происходит при амплитуденаводок на отдельных линиях информационного кабеля 6÷5 В.4.