Диссертация (1137266), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Общая вероятность безотказной работы системы БМ в таком случаедолжна соответствовать произведению вероятностей каждого БМ, т.е.RM   i 1 RiN(2.31),где N-число модулей БСТС на рассматриваемом участке, т.е. между базовымистанциями.В отличие от модели надежности для отдельного модуля БСТС, котораяможет быть получена как набор аналитических выражений, для расчетавероятности безотказной работы беспроводной сенсорной телекоммуникационнойсети возможно применение методов статистического моделирования, а именно,имитационного моделирования, которое является универсальным методомрасчета для объектов распределенной структуры и при любых распределенияхнаработок между отказами.В ГОСТ Р 51901.5 [45] рекомендуется два метода имитационногомоделирования – метод моментов и метод Монте-Карло. Первый метод требуетпостроения аналитической модели надежности телекоммуникационной системы(в виде полинома) и применяется, в основном, для расчётов допусков, поэтомуздесь использоваться не будет.Известные реализации метода Монте-Карло [43, 44, 45], применяемые длярасчётовнадёжности,такжетребуютпостроенияунифицированнойтопологической модели надёжности БСТС в виде соединения модулей (составныхчастей - СЧ).

Параметры СЧ в этой модели характеризуют их состояние ипредставляются двоичной переменной: «1» - работоспособное, «0» - неработоспособное.Исходя из принципов применения метода Монте-Карло, требуетсяпроведение K повторных испытаний, т.е. имитационных экспериментов надформальными моделями модулей, которые являются математическими моделями,устанавливающими причинно-следственную связь между наработкой до отказамодулей и БСТС в целом.-82Для построения формальной модели и структурной схемы надежности(ССН) беспроводной сенсорной сети необходимо определить критерий отказа.Критерий отказа БСТС: отказ n-1 элементов, установленных последовательно,причем n-ый элементом является тот, до которого приемо-передающее устройствоспособно передать информацию. Графическая интерпретация критерия отказаизображена на рисунке 2.17.

n рассчитывается, как целое число, округленное вбольшую сторону, от отношения:йL щn = к ъ, (2.32),ккl ъъгде L - максимальная дальность передачи сигнала модулем БСТС, l - расстояниемежду модулями БСТСРисунок 2.17 - Критерий отказа БСTСТаким образом, отказ БСТС наступает, когда ППУ не может передатьинформацию в результате отказа n-1 элементов, следующих за ним.В соответствии с введенным критерием отказа вся цепочка из N элементовможетбытьпредставлена,какпоследовательноесоединениенагруженного резервирования (рисунок 2.18).Рисунок 2.18 - Структурная схема расчета надежности БСТСMгрупп-83-Выходной характеристикой модели является непрерывная случайнаявеличина, характеризующая наработку модуля; коэффициентами модели –непрерывные случайные величины, характеризующие наработку модулей;параметрами элементов модели – функции распределения времени наработки доотказа модулей.Минимальноеколичествореализацийимитационногоэкспериментарассчитывается из соотношения [45]:KPТЗ (t)  1  PТЗ (t)22 1P  (2.33),где PТЗ (t) - вероятность безотказной работы по требованию технического задания, 1 - обратная функция Лапласа, P - доверительная вероятность, e - абсолютнаяпогрешность.Каждая реализация случайной величины х на интервале от 0 до 1 позволяетпровести расчет времени наработки до отказа БСТС исходя из известногосоотношения [45]:tn  ln x, x  (0,1) (2.34),где L - интенсивность отказов модуля БСТС.Многократнаяреализацияимитационногоэкспериментапозволяетсформировать временную диаграмму наработки до отказа (рисунок 2.19),показывающую частоту попаданий результатов имитационного моделирования заминимальные допустимые границы наработки.Частота попаданийимитационного моделирования за минимальныедопустимые границы рассчитывается как:R*  t  k(2.35),Kгде k - количество реализаций имитационного эксперимента, в которых значениеполученной наработки до отказа превысило минимально заданное значение потехническому заданию.-84-Рисунок 2.19 - Временная диаграмма наработки до отказаЗначение рассчитываемой величины принимается равным вероятностибезотказной работы БСТС RМ .R* (t )  RM (t ) (2.36).K Таккакимитационноемоделированиеподразумеваетпроведениевычислительного эксперимента на ЭВМ, то для реализации расчета необходималгоритм получения временной диаграммы, который может быть представлен ввиде блок-схемы (Рисунок 2.20).В соответствии с [76] интенсивность отказов отдельного модуля БСТС Λрассчитывается как сумма интенсивностей отказов электрорадиоэлементов (ЭРЭ)λ i:   i (2.37).i-85-Рисунок 2.20 - Алгоритм формирования временной диаграммы группы модулейБСТССтруктурная схема надежности представляется в виде последовательносоединённых электрорадиоэлементов (Рисунок 2.21), такая структура обоснованавыбранным критерием отказа, которым является выход из строя любого элементана печатном узле....λrCiCiλcλVD.

.Рисунок 2.21 ССН модуля беспроводной сенсорной телекоммуникационнойсистемыИнтенсивностькаждогоЭРЭрассчитываетсявсоответствиисосправочником «Надежность ЭРИ» [72], где для каждого элемента описываетсямодель в виде:-86э  б  Ki (2.38),iгдеλi–базоваяинтенсивностьотказов,рассчитываемаядлятипаэлектрорадиоэлемента по результатам испытаний; Ki – набор коэффициентов,определяемых различными факторами. В качестве основных коэффициентовможно выделить: коэффициент режима, коэффициент приемки, коэффициентэксплуатации и др.Например, для ключевого элемента управления (микроконтроллера) модельинтенсивности отказов, в соответствии с [44], принимает вид:э  б KСТ Kкорп KV Kэ K ПР (2.39),где КС.Т – коэффициент режима в зависимости от сложности интегральноймикросхемы (количество элементов, бит) и температуры окружающей среды; Ккорп– коэффициент зависимости от типа корпуса; КV – коэффициент зависимости отмаксимальных значений напряжения питания; КЭ – коэффициент, учитывающийстепень жесткости условий эксплуатации для конкретного класса аппаратуры[72]; КПР – коэффициент приемки, отражающий уровни качества изделий,значение выбирается из справочника в зависимости от виды приемки.

Различаютследующие виды приемки: «1» – приемка для элементов и изделий массовогопроизводства, «3» – приемка элементов и изделий по заказу министерств, «5» –приемка элементов и изделий для общего военного применения, «7» – приемкаэлементов и изделий особого качества, выпускаемого малыми партиями, «9» –элементы и изделия повышенной стабильности и надежности.Прирассмотрениинадежностирадиоканалаприменяетсяпонятиевероятность безотказной работы, т.к. для канала передачи информациипосредством радиолинии характерны сбои, характеризуемые временной полнойиличастичнойпотерейинформацииврезультатевлияниявнешнихвоздействующих факторов.Вероятность безотказной работы радиоканала определяется надежностьюпрямого и обратного каналов связи и надежностью, зависящей от погодныхусловий, т.е.:-87RРЛ  RРЛ  ПК RРЛ ОК RПУ (2.40),где RРЛ  ПК ( RРЛ ОК ) – вероятность безотказной работы прямого канала (обратногоканала); RПУ – вероятность безотказной работы, зависящая от влияния погодныхусловий.Вероятность безотказной работы RПУ зависит от влияния погодных условийи рассчитывается исходя из статистических данных для выбранного региона [6].При расчете учитывается влияние погодных условий в каждый месяц дляопределенногоместаустановкимодулейбеспроводнойсенсорнойтелекоммуникационной сети.Вероятность безотказной работы прямого канала (обратного канала)RРЛ  ПК ( RРЛ ОК ) рассчитывается для различных соотношений сигнал/шум [6, 7, 8].

Врасчете используются показатели средней полезной мощности сигнала на входеприемника[101],среднегошумовогофакторасучетоматмосферного,влукционного и внутреннего шума [77], отклонения сигналов от линиивизирования и др.После получения значения вероятности безотказной работы для всей БСТСнеобходимо его сравнение с техническим заданием на проектирование (Блок 2):1.ЕслиRБСТС (t )  RТЗ ,необходимый уровень надежности считаетсяобеспеченным, и дальнейшие действия не требуются.2.Если RБСТС (t )  RТЗ , необходимый уровень надежности не обеспечен, итребуются внесения изменения в БСТС.Здесь следует подробнее остановиться на втором пункте, а именно, навариантах возможных изменений. Как было отмечено выше, вероятностьбезотказной работы БСТС зависит от вероятности безотказной работы БМ ивероятности безотказной работы радиоканала передачи данных, которые иподлежат корректировки в случае необеспечения требуемого уровня надежности.1.Увеличение числа БМ приведет к уменьшению среднего расстояниямежду ними, что в дальнейшем приведет [77] к увеличениию вероятностибезотказной работы и надежности радиоканала передачи данных за счет:-88а) снижение требуемой дальности передачи данных, если критерии отказаБСТС в случае выхода из строя n БМ останется без изменений;б) увеличение числа БМ (n), выход из строя которых приведет к выходу изстроя БСТС.Данное изменение приведет к возможности уменьшения требуемойчувствительности ДУМ (при той же надежности), а также его потребляемоймощности, что положительно скажется на времени автономной работы БМ.2.Выбор другой элементной базы для БМ (ЭРЭ и ДУМ) с болеевысоким уровнем вероятности безотказной работы.

Сопутствующим фактором, вданном случае будет являться увеличение стоимость БМ, а также всей БСТС.Изменение потребляемой мощности и времение автономной работы потребуетдальнейших корректировок системы (Блок 4).3.Изменение схемного решения БМ. Данный пункт потребует самыхсущественных временных потерь на перепроектирование (Блок 4), так какприведет к неопределенному изменению стоимости всей БСТС, потребляемоймощности и времени автономной работы, поэтому он рассматривается, какнаименее предпочтительный.При всех трех сценариях произойдет изменение стоимости БСТС, чтопотребует в случае установления финансовых лимитов (Блок 5) проверки насоответствие техническому заданию в части общей стоимости продукта (Блок 6)без учета совокупной стоимости владения БСТС.2.6ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 2В данной главе разработан метод проектирования автономных устройствэлектропитанияБСТСмониторингасостоянияГТСсприменением-89альтернативных источников энергии, позволяющий в процессе проектированияучитывать влияние географических и метеорологических факторов.

Характеристики

Список файлов диссертации