Проектирование приёмного устройства терминального модуля сети под управлением стандарта IEEE 802.15.4

- свободное место для  программного обеспечения: 10 Мб;

- наличие звуковой  карты. 

В мае 2009 г. цены на ЭВМ данной конфигурации составляют: от 400 000 р.

Стоимость зарядного  устройства ( ) составляет 80000 р.

 

Полная стоимость составляет:

=55260+n*54770+400 000+80 000

Таким образом стоимость  минимальной конфигурации составляет  590030 (Табл. 6).

Таблица 6.

n	Стоимость	n	Стоимость
2	642 200	50	3 208 760
10	1 069 960	75	4 545 510
25	1 872 010	100	5 882 260

 

Вывод: ценовой диапазон системы оправданно допустим и позволяет применение данной системы в Вооруженных Силах Республики Беларусь.

б) Расчет затрат на топливно-энергетические ресурсы производятся по формуле:

   P_эл =

,                                                      (6)

где - установочная мощность компьютера, на котором разрабатывалось программное обеспечение, кВт;

- время фактического использования  компьютера, ч; 

- тариф за 1 кВт/ч энергии,  р.

Работа над темой  началась с марта 2009 года, поэтому  расчет часов производится с указанной даты.

Расчет представлен  в таблице 7.

Таблица 7

Расчет цены основного  результата дипломной работы

Наименование оборудования, используемого для научно-экспериментальных  и технологических целей	Установочная мощность, кВт	Время использования, ч	Тариф за 1 кВт/ч	Сумма затрат, р.
1. Ноутбук ASUS X51L	0,06	240	180	4880

в) Расходы на оплату труда  научно-производственного персонала  не рассчитываются, так как программный  комплекс разрабатывался в рамках дипломной  работы.

Из вышеприведенных сведений видно, что сумма затрат на разработку программного обеспечения равна 4 тысячи 880 белорусских рублей.

Вывод: временными и денежными затратами на написание программного обеспечения можно пренебречь. Стоимость готового оборудования оправдывает использование на смену устаревшим приборам советского образца.

 

4.2 Расчет и оценка технической надежности устройства

Разрабатываемое устройство состоит из N равно надежных элементов и отказ любого из них приводит к отказу всего устройства. При простейшем потоке отказов вероятность безотказной работы такого устройства равна:

,                                (4.4)

где λ(t) – интенсивность отказов элемента;

P(t) – условная плотность вероятности безотказной работы невосстанавливаемого устройства (определяется для рассматриваемого момента времени при условии, что до данного времени отказ не возникает).

Изменение вероятности P(t) во времени при различном числе элементов в объекте показано на рисунке 33.

Рисунок 33.

 

При увеличении количества элементов устройства с течением времени P(t) убывает, что влечет за собой существенное снижение его надежности.

Техника связи строится на большом количестве элементов различного типа (резисторах, конденсаторах, диодах, транзисторах, интегральных микросхемах (ИМС) и т.д.), которые объединены в функциональные узлы, схемы и блоки. Влияние указанных элементов на надежность устройства в целом неодинаково, поскольку анализируемое устройство, как правило, состоит из комбинации различных элементов, интенсивность отказов каждого из которых неодинакова. На первый взгляд может создаться впечатление, что надежность объекта полностью определяется наименее надежными элементами (имеющими большую по сравнению с другими λ(t)). Однако в действительности оказывается, что при достаточно большом количестве элементов с малой λ(t) в анализируемом устройстве, суммарная интенсивность отказов этого устройства будет определять сравнительно высокую надежность анализируемого устройства в целом.

Наиболее удобной характеристикой надежности элементов по внезапным отказам является интенсивность отказов. Это обусловлено тем, что λ(t) для большинства элементов на нормальном участке эксплуатации постоянна, сравнительно просто определяется экспериментально и табулирована (например, таблица 8).

Таблица 8

№ п/п	Наименование элемента	Интенсивность отказов λ(t) , 1/час	Сренее время восстановления , ч.
1.	Резистор	0,08·10-6	0,39
2.	Переменный резистор	0,4 ·10-6	0,16
3.	Диод	0,2 ·10-6	0,25
4.	Интегральная микросхема	10-8–10-9	0,14
5.	Транзисторы	0.05·10-6	0.375
6.	Трансформаторы	0,18·10-6	0,43
7.	Конденсаторы	0.09·10-6	0.5

 

Если устройство состоит  из N элементов и отказ любого из них приводит к отказу этого устройства, то вероятность безотказной работы устройства (на основании теоремы умножения вероятностей) равна:

,                                                     (4.5)

где – вероятность безотказной работы i-го элемента, N – число элементов в схеме. При известной интенсивности отказов элементов и показательном законе изменения надежности имеем:

                                               (4.6)

Интенсивность отказов  всего устройства определяется соотношением:

.                                                        (4.7)

С учетом (4.5)-(4.7) вероятность безотказной работы устройства можно записать:

,                                             (4.8)

а наработка на отказ:

.                                                      (4.9)

Кроме того в процессе расчета вычислению подлежат показатели восстанавливаемости устройства к  которым относятся: – общее время, затрачиваемое на восстановление за период эксплуатации t; – среднее время восстановления схемы. Согласно:

,                             (4.10)

где – число отказов i-го элемента за время t,

 – время, затрачиваемое на восстановление одного элемента анализируемого устройства за период эксплуатации t;

     или     ,                 (4.11)

где – общее число отказов в схеме за время t, w – параметр потока отказов.

Выражения (4.9), (4.11) неудобны для практических расчетов, поскольку  в них осуществляется суммирование отказов каждого элемента в отдельности. Их можно привести к более удобному виду:

                                             (4.12)

                                              (4.13)

где k – число групп однородных элементов с одинаковыми интенсивностями отказов ,

 – интенсивность отказов  элементов j-й группы,

 – число элементов j-й группы,

 – среднее время восстановления  элементов j-й группы.

Для расчета показателей  надежности разработанного устройства сначала все элементы разбиваются  на k групп однотипных элементов, и подсчитывается число элементов в каждой подгруппе – . Так для корректора на рисунке 3.3:

= 5;          = 1;     = 6      = 3        = 1       = 5;   

                 = 1,                                             (4.14)

где , , , , , , – количество постоянных резисторов, переменных резисторов, диодов, конденсаторов, транзисторов, трансформаторов, ИМС соответственно.

По таблице 4.1 находим  для элементов каждой группы значение :

 = 0,08×10^-6 1/час;                         = 0,2×10^-6 1/ час;

 = 0,4×10^-6 1/ час;                    = 10^-8-10^-9 1/ час,

 = 0.09·10^-6 1/ час;                         = 0.05·10^-6 1/ час

 = 0.18·10^-6 1/ час                                                                                       (4.15)

где , , , , , , – интенсивность отказов одного постоянного резистора, переменного резистора, светодиода, конденсатора, транзистора, трансформатора, ИМС соответственно.

Интенсивность отказов  каждой группы элементов рассчитывается как  .= · тогда:

= 0,4×10^-6 1/ час;             =1,0×10^-6 1/ час;

= 0,2×10^-6 1/ час;        = 10^-8 1/ час.

 = 0.54·10^-6 1/ час;             = 0.05·10^-6 1/ час

 = 0.54·10^-6 1/ час

Отсюда суммарная  интенсивность отказов устройства: = 6,08 ×10^-6, где k – число групп элементов.

Среднее время восстановления для каждой группы элементов согласно таблице 4.1:

= 0,39 ч;                      = 0,25 ч;

  = 0,16 ч;                 = 0,14 ч.

  = 0,5 ч;                          = 0,375 ч;

  = 0,43 ч;                                                                                                 (4.16)

Тогда и согласно (4.12) и (4.13) равны соответственно:

 ;                    .

Вероятность безотказной  работы P(t) из (4.5) для = 10000, = 15000, = 20000 часов соответственно равна:

P(

) = 0,9841;       P( ) = 0,9793;       P( ) = 0,9595.

Надежность техники  связи, стоящей на вооружении в ВС РБ и имеющей наработку на отказ  порядка 10000-20000 часов, соответствует  вероятности безотказной работы не ниже 0,95. Следовательно, разработанное устройство не снизит надежности систем передачи на этапе модернизации.

Вывод: спроектированный радиационный модуль соответствует требованиям ВС РБ по отказоустойчивости.

 

Перечень сокращений

ВТО – высокоточное оружие

ОМП – оружие массового поражения

ТСО – технические средства охраны

ТВС – тревожно-вызывная сигнализация

ПКП – приемно-контрольный прибор

PHY –физический уровень (Physical Layer)

MAC – средний уровень управления доступом (Medium Access Control Layer)

NWK – сетевой уровень (Network Layer)

APL – прикладной уровень (Application Layer)

OSI – взаимодействие открытых систем (Open Systems Interconnection)

AES – улучшенный стандарт шифрования (Advanced Encryption Standard)

SAP – точки доступа к службам (Service Access Point)

PSDU – PHY – модуль данных сервиса (Service Data Unit)

PPDU – PHY – модуль данных протокола (Protocol Data Unit)

PLME – физический объект управления (Physical Layer Management Entity)

PD-SAP – физические данные уровня SAP (PHY Data SAP)

PIB – информационное ядро PHY PAN (PHY PAN Information Base)

MPDU – модуль данных протокола MAC (MAC Protocol Data Unit)

CCA – ясная оценка канала (Clear Channel Assessment)

GTS – гарантируемый квант времени (Guaranteed Time Slot)

CRC – контроль циклическим избыточным кодом (Cyclic Redundancy Check)

P2P – одноранговый (Peer-to-Peer)

BI – интервал маяка (Beacon Interval)

SD – продолжительность суперкадра (Superframe Duration)

CAD – состязательный период доступа (Contention Access Period)

CFD – состязательный свободный период (Contention Free Period)

RSSI – получатель индикатор сигнала силы (Receive Strength Signal Indicator)

PAN ID – личный идентификационный номер массива (Personal Array Network Identification number).

 

Заключение

Таким образом, при выполнении дипломного проекта была произведена  работа по следующим направлениям:

Анализ радиационной и химической разведки в ВС РБ, формирование требований к перспективной системе  оповещения;

Выбор беспроводной системы (ZigBee), топологии построения сети, режима работы и конфигурации сети для заданной структуры радиационной системы;

Формирование структуры, разработка и реализация принципиальной схемы радиационного датчика (сенсора);

Разработка алгоритма  и программного обеспечения для  настройки и управления системой радиационного оповещения. ПО имеет интуитивно понятный интерфейс, не требует длительного обучения личного состава, позволяет динамически распределять зоны наблюдения.