CC BY
345
УДК 514.8:621.39
В.Н. Кононенко (ФГУВНИИГОЧС (ФЦ))
надежность и живучесть систем связи и оповещения
V.N. Kononenko (FGUVNIIGOChS) RELIABILITY AND VITALITY OF COMMUNICATION AND wARNING SYSTEMS
Своевременное оповещение населения и информирование всех заинтересованных лиц при возникновении любых чрезвычайных ситуаций осуществляется с помощью современных средств связи. Системы связи и оповещения должны отвечать требованиям надежности и живучести.
Timely warning and informing in emergencies is done with the help of modern means of communication. Communication and warning systems must answer requirements of reliability and vitality.
В.Н. Кононенко
/^Ч /"V сентября 2008 г. в Санкт-Петербурге испытали новую сис-ш Х«Лтему экстренного оповещения населения о чрезвычайных ^ ситуациях. Со времен войны система оповещения, которая информировала граждан о налетах фашистской авиации и артобстрелах, ни разу не проходила масштабную проверку. На всей территории Санкт-Петербурга в 15.00 было приостановлено теле- и радиовещание, в эфир вышло обращение Комитета по вопросам законности, правопорядка и безопасности к петербуржцам и гостям Северной столицы. В этом обращении говорилось, что сегодня в течение 15 минут будет проведена проверка системы оповещения населения о чрезвычайных ситуациях. В период с 15.05 до 15.08 был осуществлен запуск всех электромеханических сирен города и передан сигнал «Внимание всем!». С 15.08 до 15.14 был осуществлен перехват FM-радиостанций и телевизионных каналов, вещающих на территории Санкт-Петербурга, после чего трансляция возобновилась. В учениях было задействовано 300 электромеханических сирен, 2760 уличных громкоговорителей, сеть проводного вещания и более 3 миллионов абонентских радиоточек. И хотя сейчас развита мобильная связь, Интернет, информация на городских плазменных экранах, пока от старой проверенной системы оповещения населения не спешат отказываться; она проверена временем, причем, в боевой обстановке.
Федеральным законом от 12 февраля 1998 г. № 28-ФЗ «О гражданской обороне» [1] и «Положением о единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций», утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2003 г. № 794, определено, что одной из задач федеральных органов исполнительной власти, органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления и организаций является создание и поддержание в постоянной готовности систем оповещения гражданской обороны. Указанные системы призваны реализовать одну из важнейших гуманитарных задач — оповещение и информирование граждан Российской Федерации об угрозе их жизни и здоровью, а также о правилах поведения в ЧС в мирное и в военное время.
В Москве на сегодняшний момент установлено 1200 сирен и 700 систем громкоговорящей связи. Пока они есть только в пределах МКАД, затем будут установлены в районах, выходящих за пределы окружной дороги, потому что установка сирен предусмотрена как городской, так и федеральной программами. Последний раз сирены использовались в Москве в 1982 году во время похорон генсека Леонида Брежнева. Еще раз сирены включали в Юго-Восточном округе города, когда сносились дома после террористического акта на ул. Гурьянова. Между тем, оборудование постоянно проверяют — сирены включают на 2—3 секунды, чтобы проверить их техническое состояние, хотя за это время они не успевают издать звук.
о
VO п ÎP го п ÎP
и
CU т s
I
X £
I
0
1
т
^
п I
0
VO «
CP
го «
CP
0!
S ^
и
CU т s
1 X
£ I
0
1
т «
I
16 января 2007 г. Национальный антитеррористический комитет РФ проинформировал граждан России о полученной от зарубежных партнеров информации о возможности в ближайшие дни совершения терактов в Москве и других крупных городах России на наземном транспорте и в метрополитене. Глава федерального оперативного штаба Н. Патрушев призвал население страны повысить бдительность. В ближайшее время система оповещения населения в РФ будет являться также масштабной и эффективной системой раннего оповещения населения о вероятности терактов. В большинстве развитых стран мира она уже работает. В США, например, после терактов 11 сентября 2001 г., в ответ на жалобы населения о том, что госорганы не дают разъяснений о степени опасности была введена простая и наглядная система цветовой кодировки уровней террористической угрозы — от зеленого (наименьшего) до красного (наивысшего). Граждане США в любой конкретный момент могут получить информацию о степени опасности, а все госведомства имеют четко прописанные инструкции, что делать при изменении «цвета». Практически каждое ведомство в рамках борьбы с терроризмом доводит информацию до населения. Госдепартамент, например, регулярно предупреждает американцев о нежелательности выезда в те или иные опасные регионы мира.
В августе 2006 г. похожая система была введена в Великобритании; МВД Великобритании и Службы внутренней безопасности МИ-5 регулярно оповещают население об изменении уровня угрозы (от «низкого» до «критического»). Примечательно, что правительство пошло на такой шаг под давлением общественности, считавшей, что именно неосведомленность граждан привела к многочисленным жертвам в результате терактов в лондонской подземке.
В 2007 г. в Японии начала работать общенациональная система оповещения населения о надвигающихся стихийных бедствиях J-Alert. Разработчики подключили ее к действующей в Японии системе, позволяющей обнаруживать первые вибрации, свидетельствующие о приближающихся землетрясениях и цунами. J-Alert, в случае получения данных о катаклизме, автоматически передает сигнал через искусственный спутник в зоны, которые находятся под угрозой. Это приводит в действие систему сирен. Кроме того, J-Alert пригодна для передачи предупреждения в случае ракетного удара по Японии. Местные власти полагают, что благодаря этому у населения будет больше шансов спастись в случае удара со стороны Северной Кореи. Похожие системы оповещения действуют во Франции и Индии.
В Израиле, система гражданского оповещения об опасности терактов успешно функционирует уже несколько десятилетий. Средства массовой информации размещают социальную рекламу, призванную не только повысить бдительность населения, но и помочь ему адаптироваться к сложным условиям напряженного ожидания опасности. Израильские СМИ и власти работают над преодолением психологического
«комплекса жертвы» у населения, культивируют наступательный характер борьбы с террористами — «определи, выследи и уничтожь террориста!».
Если посмотреть в прошлое, то особую роль средств связи американцы осознали в ходе карибского кризиса — уже через год в США появилась Национальная система связи (National Communications System — NCS). В 1984 г. Рональд Рейган подписал специальный указ № 12472 о включении в NCS и телевидения. Советская система оповещения по линии гражданской обороны, может быть, и не отличалась технической продвинутостью, зато была вполне надежной и действительно охватывала всю страну от Камчатки до Калининграда. Сигнал тревоги мог передаваться не только в радио- и телеэфире, но и по проводным системам (телефон и знаменитые радиоточки) и даже при помощи сирен с механическим приводом, прозванных «ревущими коровами». На некоторых спецобъектах и в ряде населенных пунктов, кроме того, использовались уличные громкоговорители.
Но со временем все это радиовещательное хозяйство пришло в упадок, было демонтировано якобы за ненадобностью или растащено различными политическими партиями и движениями для митинговых целей. Статус-кво в системе оповещения был восстановлен только после появления в 1998 году ФЗ «О гражданской обороне». В это же время МЧС России, Госкомсвязи и ВГТРК издали совместный приказ с приложеним «О порядке функционирования систем оповещения по линии ГО» — федеральной, региональных, местных, локальных и объектовых. При этом отмечалось, что основной режим передачи сообщений — автоматизированный, а основной способ информирования — передача речевых сообщений по сетям вещания.
Комплексное применение каналов звукового вещания и телевидения для оповещения населения 29 сентября 2008 г. в Санкт-Петербурге обеспечивает практическое повышение живучести систем оповещения (СО) населения. Такое применение звукового вещания и телевидения обуславливается необходимостью выборочного оповещения районов города, отдельных улиц, мест массового скопления населения, жилых массивов, непосредственно прилегающих к месту возникновения ЧС.
При оценке достоинств и недостатков применения проводного и радиовещания для решения задач оповещения населения следует обратить внимание на то, что за последние десять лет эффективность применения проводного вещания для оповещения населения больших городов несколько сократилась. Однако, несмотря на этот факт, сети проводного вещания остаются в числе наиболее предпочтительных технических решений оповещения населения города. Они позволяют обеспечивать передачу сигналов оповещения при отключении электроэнергии в жилых домах и административных зданиях. Кроме того посредством технических средств проводного вещания достаточно просто решается задача звукофикации
улиц, площадей, вокзалов и других мест массового скопления населения.
В настоящее время огромное значение придается повышению устойчивости функционирования, эффективности практического применения и технической эксплуатации систем связи и оповещения (ССО).
Устойчивость функционирования ССО определяется надежностью, живучестью и помехоустойчивостью [2]. Кроме того, на устойчивость функционирования ССО оказывают также влияние крип-тостойкость и имитостойкость передаваемых сигналов оповещения.
В статье рассмотрены вопросы только надежности и живучести систем связи и оповещения.
Оценка влияния факторов, определяющих процесс передачи и распределения информации, на надежность функционирования ССО
Анализ процессов функционирования сетей связи и оповещения позволяет отнести к числу таких факторов следующие потоки:
♦ отказов и восстановлений технических средств;
♦ заявок на использование ССО;
♦ естественных помех;
♦ искусственных помех;
♦ разрушающих искусственных воздействий;
♦ ошибок программного обеспечения (ПО)
ССО;
♦ отказов, вызванных деятельностью человека;
♦ отказов, вызванных природными явлениями.
Для оценки значимости той или иной группы
факторов используем результаты статистического анализа интенсивности и последствий отказов, вызванных этими факторами (табл. 1), на примере высокоавтоматизированной широкомасштабной распределенной СС США PSTN (Public Switched Telephone Network) [3].
Влияние постепенных отказов, вызванных воздействием таких факторов, как нестабильность питания, тепловые воздействия, влажность, перепады давления, запыленность и агрессивность среды,
компенсируется конструктивными методами при создании устройств и использованием специальных защитных устройств (стабилизаторы, термостаты, экраны). Таким образом, при оценке показателей надежности ССО следует учитывать только потоки внезапных отказов. Среди внезапных отказов выделяют устойчивые отказы и сбои, то есть кратковременные самоустраняющиеся отказы.
Для учета характеристик потока сбоев элемента ССО достаточно использовать интенсивность этого потока, а для учета потока устойчивых отказов и потока восстановлений следует использовать коэффициент готовности и интенсивность отказов либо среднее время наработки на отказ и среднее время восстановления технических средств ССО.
Чаще всего нейтрализация влияния потока естественных помех достигается путем введения временной или информационной избыточности, либо применением помехоустойчивого кодирования, либо многократной передачей сообщения (что можно рассматривать так же, как применение своеобразных помехоустойчивых кодов). Влияние этого фактора учитывается путем соответствующего увеличения длительности сеанса связи с последующим использованием этого значения при расчете вероятности поддержания связи.
Характерные особенности воздействия потока искусственных помех позволяют рассматривать искусственную помеху, как сбой элемента, и учитывать влияние этого фактора на надежностные характеристики ССО аналогично способу учета сбоев технических средств.
Характерными для воздействия потоков искусственных разрушающих воздействий являются: полная потеря работоспособности элемента ССО, подверженного этому воздействию; возможность одновременного повреждения нескольких элементов; устойчивый характер повреждения, то есть отсутствие самовосстановления элемента после окончания воздействия; восстановление элемента после такого воздействия возможно только путем его ремонта или замены. Эти особенности аналогичны условиям возникновения и устранения устойчивых отказов за исключением высокой кратности нарушений
Таблица 1
Распределение отказов в сети
Группа факторов Доля от общего количества отказов, % Потери пользовательского времени, %
Отказы технических средств 19 7
Перегрузки сети 6 44
Ошибки ПО 14 2
Ошибки персонала 25 14
Вандализм 1 1
Непреднамеренная разрушительная деятельность людей 24 14
Природные явления 11 18
о
VO га ср
го «
ср
и
CU т X I
X £
I
0
1 т
I
0
VO re iP ro re :р
О!
s ^
и cu
T
s
1 X
£ I
0
1
T ^
re I
работоспособности элементов, большего времени восстановления и зависимости отказов элементов друг от друга.
Природа ошибок программного обеспечения ССО существенно отличается от природы отказов технических средств ССО. На количество и качество ошибок программы в основном влияют субъективные факторы. Поэтому отказ ПО — это событие, заключающееся в проявлении, при определенных последовательностях входных данных, тех ошибок, которые были допущены при разработке ПО и не выявлены при его тестировании. В то же время отказ технических средств — это событие, заключающееся в изменении его параметров и приводящее к потере работоспособности. Второе существенное отличие состоит в том, что программа не стареет, то есть с течением времени количество ошибок в программе не увеличивается, а может только уменьшаться в результате их обнаружения и устранения. Другие отличия: если ошибка программы исключена, то она больше в ней не появится; предварительный анализ влияния ошибки практически невозможен из-за большого числа способов влияния ошибки на поведение программы. Количественным показателем корректности программы является число ошибок, оставшихся в программе после завершения отладки и тестирования. По аналогии с количественными показателями безотказности технических устройств используют также вероятность безотказной работы программы на интервале времени и интенсивность потока ошибок.
Отказы, вызванные деятельностью человека, можно разделить на отказы, вызванные деятельностью обслуживающего персонала, и отказы, вызванные деятельностью других людей.
Первая группа отказов обусловлена ошибками персонала при эксплуатации ССО. Их характер и интенсивность существенно зависят от уровня автоматизации процессов управления ССО. Применительно к СС PSTN отказы этой группы вызываются ошибками эксплуатации и ремонта кабелей, систем питания, технических устройств, контроля питания, использования не тех версий программного обеспечения; некорректной инсталляции и определения конфигурации программного обеспечения (исключая ошибки, вносимые в тексты программ); неверного ввода даты. Вторая группа отказов обусловлена преднамеренной (вандализм) и непреднамеренной разрушительной по отношению к ССО деятельностью людей, не являющихся персоналом ССО, которая проявляется в нарушении целостности кабелей и другого оборудования вследствие катастрофических событий (в основном автомобильных аварий).
К отказам, вызванным природными явлениями, относятся повреждения кабелей, систем питания и других устройств молнией, ураганами, землетрясениями, наводнениями и т.д.
Надежность — это внутреннее свойство ССО, характеризующее ее способность выполнять поставленные задачи, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в заданных пределах,
соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, восстановления и ремонта. В качестве показателей надежности применительно к ССО используются: средняя наработка на отказ, среднее время восстановления, коэффициент технической (оперативной) готовности к практическому применению.
Структурная надежность ССО определяется надежностью аппаратуры оповещения, каналов связи и программного обеспечения.
В силу этого в проблеме надежности ССО следует выделять два ее аспекта: элементной надежности и структурной надежности. Такое разделение обусловлено еще и определенной соподчиненностью решения соответствующих задач, различием предмета исследования и его методологического обеспечения. В целом результаты решения задач элементного аспекта надежности являются исходными данными для решения задач структурного аспекта надежности системы.
Элементная надежность ССО
Как правило, в качестве показателя надежности элемента системы связи и оповещения используется коэффициент КГ готовности, рассматриваемый как вероятность застать этот элемент в произвольный момент времени в исправном состоянии [2]. Коэффициент простоя этого же элемента обозначим как Кп, понимая, что КГ+ Кп = 1. Иногда вместо коэффициентов готовности и простоя используют, соответственно, вероятность исправного состояния р1 и вероятность неисправного состояния q¡ элемента системы, для которых также справедливо р, + q¡ = 1.
При определении математических зависимостей для расчета показателей надежности элемента системы принимаются следующие допущения:
— отказы отдельных элементов (технических средств) являются случайными независимыми событиями — дисперсными случайными величинами с законом распределения Пуассона;
— наработка на отказ и время восстановления технических средств и трактов обмена информацией являются непрерывными случайными величинами, распределенными по экспоненциальному закону;
— отказы трактов обмена информацией не зависят друг от друга, т.е. являются случайными независимыми событиями;
— программное обеспечение полностью отлажено и не содержит ошибок, приводящих к отказам.
Расчет коэффициента готовности нерезервированного технического средства (элемента системы) заключается в следующем.
В математическом плане коэффициент готовности КГ технического средства представляет собой вероятность Р0 (0 его исправного состояния в стационарном (установившемся) процессе функционирования, описываемом как
Кг = limP0(i).
(1)
Для нахождения Р0 ф используют марковский случайный процесс с дискретными состояниями и непрерывным временем, т.е. все вероятностные характеристики в будущем зависят лишь от того, в каком состоянии этот процесс находится в настоящий момент времени, и не зависят от того, каким образом этот процесс протекал в прошлом. В марковском процессе все потоки событий, переводящие систему из состояния в состояние, являются пуассоновскими.
Если процесс, протекающий в системе с дискретными состояниями и непрерывным временем, является марковским, то для вероятностей Р1 ф возможных состояний ^ = 1,2,3,...,п) этой системы можно составить систему линейных дифференциальных уравнений Колмогорова.
Для этой цели рассмотрим размеченный граф состояний нерезервируемого восстанавливаемого технического средства, входящего в состав ССО. Структура этого графа показана на рис. 1.
1
И =— Т
(3)
где Тв — среднее время восстановления технического средства.
С учетом изложенного и графа состояний, представленного на рис. 1, система линейных дифференциальных уравнений Колмогорова имеет следующий вид:
^ = -Л-Ро (' )+Ц- Рг (' )
Ш^рМ-р.рк)
м
(4)
Решив систему линейных дифференциальных уравнений, представленных в (4), при начальных условиях Р0 (0) = 1 и Р1 (0) = 0, получим следующее выражение для вероятности Р0 ф :
•ехр
(5)
С учетом полученного выражения (5) коэффициент готовности технического средства определяется следующим образом:
КГ=ШР( (( ( = -
Л + —
(6)
Рис. 1. Размеченный граф состояний
Здесь (на рис. 1) приняты следующие условные обозначения:
S0 — техническое средство находится в работоспособном состоянии (в начальный момент до отказа или же сразу после завершения восстановления);
S 1 — техническое средство потеряло работоспособность и начинается его восстановление;
Р0 ф и Р1 ф — вероятности нахождения технического средства в состояниях соответственно S0 и Sl;
X — интенсивность потока отказов технического средства, переводящих его из состояния S0 в состояние S 1; параметр ц определяется с использованием среднего времени наработки на отказ по формуле
Т0 ' (2)
где Т0 — среднее время безотказной работы (наработки на отказ) технического средства;
ц — интенсивность восстановления технического средства, переводящая его из состояния S1 в состояние S0 ; параметр ц определяется с использованием среднего времени восстановления по формуле
Поскольку известно, что ц = 1/Тв и X = 1/Т0 , то с учетом (6) окончательно коэффициент готовности технического средства можно представить таким образом
Т
То+Тв
(7)
Удобным для практики критерием надежности восстанавливаемых технических средств является среднее время работы между соседними отказами (наработка на отказ). При экспоненциальном законе надежности наработка на отказ технического средства равна среднему времени его безотказной работы, вычисляемая как
то=тср=]р0№,
(8)
Поскольку Р0 ф = ехр- х' , то после подстановки этого выражения в (8) и интегрирования окончательно получим, что наработка на отказ технического средства равна
т =1
° Я' (9)
Таким образом, можно видеть, что одной из основных задач элементного аспекта проблемы надежности систем связи и оповещения являются сбор и обработка статистических данных о среднем времени безотказной работы (наработки на отказ) и среднем времени восстановления по каждому элементу этой системы на достаточно большом интервале наблюдения, где t ^ го).
Наиболее часто используемые показатели готовности представлены в табл. 2. Все они однозначно выражаются друг через друга с помощью приведенных формул пересчета. Поэтому все приведенные в таблице примеры соответствуют одному и тому же уровню готовности.
о
ю
а р
го
а р
к
с е
т
и н
х
£ I
о н
т
у
а
I
Таблица 2
Показатели готовности
Показатель Формулы пересчета Пример задания
Коэффициент готовности (Кг) Кг = 1 - Кп = (Т - П х) /Т 0,999 или 99,9 %
Коэффициент простоя (Кп) Кп = 1 — Кг = ^ х / Т 0,001 или 0,1 %
Среднее суммарное время простоя (П х) за заданный интервал времени (Т) п х = КпТ = (1 — Кг)Т 5,45 ч за год
0
ю
а р
го
а р
е и к
с е
т
и н
х
хет
1
о н
т
у
а
I
В соответствии со стандартом [5 ] коэффициент готовности является основным показателем надежности для восстанавливаемых объектов непрерывного действия, выходной эффект от применения которых пропорционален суммарной продолжительности пребывания в работоспособном состоянии. Именно такими объектами и являются, как правило, системы электросвязи. Коэффициент готовности удобен при проведении расчетов, для сравнения и рекламы (готовность «три девятки»). Различают стационарный и нестационарный, а также средний коэффициенты готовности и простоя [6]. На практике, как правило, используются стационарные коэффициенты. В стационарном режиме коэффициент готовности (простоя) имеет двоякую интерпретацию. С одной стороны — вероятность того, что в произвольный момент времени объект окажется в работоспособном (неработоспособном) состоянии, с другой — математическое ожидание доли времени нахождения объекта в работоспособном (неработоспособном) состоянии.
Задание суммарного времени простоя за некоторый достаточно длительный период времени (месяц, квартал, год) также нередко применяется на практике. Например, для сигнального соединения ОКС № 7 эта величина должна составлять не более 10 минут в год [7] (это соответствует Кг = 0,99998). Такой способ задания готовности облегчает проверку выполнения требования в процессе эксплуатации. Именно, если по истечению обусловленного интервала времени суммарное время простоя не превышает норматива, то требование выполнено, если превышает — нарушено.
Еще один показатель — коэффициент оперативной готовности — характеризует способность непрерывно выполнять требуемую функцию в течение заданного интервала времени. Показателем надежности, характеризующим не только существование пути в некоторый момент, но и его безотказную работу в течение заданного интервала времени, является коэффициент оперативной готовности (КОГ), который определяется как вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени. Таким образом, КГ является предельным частным случаем КОГ: КОГ переходит в КГ, когда длительность заданного интервала времени равна нулю. Наиболее общий показатель надежности сложных систем — коэффициент сохранения эффек-
тивности — во многих практически важных частных случаях также переходит в КОГ. Выделяют два режима функционирования сетей: без установления соединения и с установлением соединения. В случае режима с установлением соединения на сети вначале устанавливается физическое или логическое соединение, для чего резервируются необходимые ресурсы; а затем взаимодействие осуществляется по этому, предварительно установленному соединению.
При расчете КОГ для случая режима без установления соединения надо найти вероятность того, что в произвольный момент времени сеть находится в работоспособном состоянии, т.е. между ее полюсами существует хотя бы один работоспособный путь, и она проработает безотказно в течение всего заданного интервала времени.
В течение последних 10—15 лет одним из самых важных показателей надежности технических систем, особенно инфокоммуникационных, становится длительность простоя. В США для оценки надежности элементов и подсистем телекоммуникационных сетей применяют три характеристики: первая характеризует снижение качества обслуживания на сети; вторая — продолжительность периода неработоспособности (время простоя); третья — широту распространения влияния отказа на сеть [8]. Японские специалисты считают, что время простоя (продолжительность периода неработоспособности) — важный показатель надежности. Они отмечают, что особенно нежелательны для пользователей длительные перерывы связи в сетях. Поэтому предлагают ввести некоторый временной порог. Простои продолжительностью более этого порога считаются длительными.
Начало строительства первых разветвленных систем оповещения современного типа, охватывающих территорию субъекта РФ в целом (тогда «область, край, республика»), относится к началу 60-х годов. Для построения систем оповещения использовалась аппаратура 5Ф88 («Сигнал»), обеспечивающая формирование и передачу 3-х сигналов (команд) управления, передаваемых по общегосударственным каналам (линиям) связи [9] .
Приемники аппаратуры 5Ф88 не имеют должной защиты от воздействия посторонних сигналов, передаваемых по каналам связи, чьи характеристики могли случайно совпадать с характеристиками сигналов управления. Поэтому неоднократно происходили случаи несанкционированного (случайного) запуска систем оповещения, что заставило разработать
ряд специальных мер по защите систем оповещения от несанкционированного запуска. В ряде субъектов РФ еще эксплуатируются СЦО построенные на базе аппаратуры 5Ф88.
В начале 70-х годов на оснащение региональных систем оповещения стала поступать новая аппаратура управления типа П-160, построенная на новой элементной базе. Большинство существующих в настоящее время региональных систем оповещения Российской Федерации построено на базе аппаратуры П-160. Появилась возможность ведения речевых передач непосредственно от оперативных дежурных органов управления ГОЧС до подчиненных органов, должностных лиц ГО и населения.
Время передачи сигнала управления (время перехвата канала связи) в одном звене не превышает 3 сек. Передача речевой информации до населения осуществляется путем перехвата каналов подачи программ вещания на узлы проводного вещания (радиотрансляционные узлы), радиовещательные передатчики и передатчики речевого сопровождения телевещания. Доведение речевой информации до подчиненных органов управления осуществляется путем установки в этих органах управления оконечных комплектов аппаратуры со встроенными динамиками.
С применением аппаратуры П-160 появилась возможность как централизованного (одновременного) включения аппаратуры во всех звеньях региональных систем оповещения, так и выборочного включения аппаратуры в одном или нескольких звеньях систем оповещения, что позволило повысить оперативные возможности региональных систем оповещения в целом.
В системах оповещения, построенных на аппаратуре П-160, также были отмечены случаи несанкционированного запуска, что потребовало разработки ряда технических и организационных мер по снижению вероятности случайного включения аппаратуры.
Вся аппаратура оповещения систем централизованного оповещения населения работает в круглосуточном режиме эксплуатации уже долгое время (иногда по 25—30 лет) и выработала свои сроки эксплуатации. Аппаратура существующих систем оповещения, созданная на базе аппаратуры типа 5Ф88, П-160, Р-413, АДУ-ЦВ морально и физически устарела, неизбежен вывод ее из эксплуатации в ближайшее время, когда окончательно будут исчерпаны ее технические возможности и коренным образом изменится техническая база сетей связи, на которой она работает.
Ранее смена поколений аппаратуры оповещения проходила в среднем каждые десять лет. Сейчас этот важный процесс естественной замены устаревающей аппаратуры нарушен.
В настоящее время МЧС России провело государственные испытания и приняло к использованию комплекса технических средств третьего поколения П-166, которые внедряются по мере модернизации различных уровней систем оповещения. Данные КТС
сопрягаются с используемыми сейчас П-160 и П-164 и постепенно устанавливают на территориальных, местных и ниже уровнях системы оповещения.
Аппаратура АСО/СГС-22-М — первая полностью цифровая аппаратура управления для построения систем оповещения любого уровня управления. Обеспечивает сопряжение с аппаратурой П-160, П-164, П-166. Выполнена на базе современных информационных сетей с использованием технологий радиосвязи, сотовой связи, цифровых систем связи, маршрутизации.
Уровень надежности действующей аппаратуры оповещения (например П-160, П-164) характеризуется средней наработкой на отказ, не превышающей 3000 часов и среднем временем восстановления — порядка нескольких часов. При этом, ее техническая готовность к задействованию по предназначению в любой момент времени при абсолютной надежности каналов связи не превышает значения 0,995, что соответствует нижней границе требований по устойчивости функционирования СО.
Надежность комплекса технических средств оповещения нового поколения П-166 характеризуется средней наработкой на отказ 10 000 часов, средним временем восстановления — 1,5 часа и соответствующей технической готовностью — 0,99999 [10].
Вместе с тем, современная элементная база, технологический и конструкторско-производствен-ный уровень позволяют создать аппаратуру оповещения с показателями надежности превышающими указанные значения.
Надежность программного обеспечения не должная снижать уровень надежности аппаратуры оповещения и устойчивость функционирования СО. Поэтому значение надежности программного обеспечения по выбранному показателю должно быть на один порядок выше уровня надежности аппаратуры оповещения.
Техническая готовность проводных каналов связи, по которым работают действующие СО, оценивается в пределах 0,9—0,99. Надежность проводных каналов связи определяется их протяженностью и количеством узлов коммуникации, находящихся в линии связи. Она снижается с удлинением пути связи и увеличением числа узлов коммуникации. В соответствии с рекомендацией № 602 Международного союза электросвязи комплексный показатель надежности эталонной цепи проводной связи протяженностью 2500 км должен составлять не менее 0,996.
При этом условии в целом надежность СО не превысит указанных оценок надежности проводных каналов связи. Следовательно, для повышения надежности СО и устойчивости ее функционирования требуется одновременно повышать и надежность проводных каналов связи.
В Российской Федерации работает Общероссийская система информирования и оповещения населения (ОКСИОН), создание которой предусмотрено федеральной целевой программой «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситу-
о
ю
а р
го
а р
к
с е
т
и н
х
£ I
о н
т
у
а
I
аций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 года» в качестве приоритетного направления.
Целью создания ОКСИОН является подготовка населения в области гражданской обороны, защиты от чрезвычайных ситуаций, обеспечения пожарной безопасности и охраны общественного порядка, своевременное оповещение и оперативное информирование граждан о чрезвычайных ситуациях и угрозе террористических акций, мониторинг обстановки и состояния правопорядка в местах массового пребывания людей на основе использования современных технических средств и технологий.
В структурном отношении ОКСИОН представляет собой совокупность федеральных, межрегиональных, региональных и муниципальных (городских) информационных центров, осуществляющих управление современными средствами оповещения и информирования людей в местах массового пребывания.
Согласно «Техническим требованиям к созданию региональных подсистем ОКСИОН в субъектах РФ, а также требованиям к организациям, планируемым к вхождению в ОКСИОН» показатели надёжности аппаратуры ОКСИОН должны быть следующими:
— средняя наработка на отказ — не менее 10000 часов.
— среднее время восстановления — не более 12 часов.
— средний срок службы до списания — 15 лет.
Значения показателей надёжности (средней наработки на отказ и среднего времени восстановления) должны подтверждаться по результатам приемочных испытаний с доверительной вероятностью для двустороннего доверительного интервала равной 0,9, а непрерывная работа аппаратуры и ПО должна обеспечиваться в течение 23 часов с последующим перерывом на одни час без ухудшения технических характеристик.
ОКСИОН сопряжена с центрами управления в кризисных ситуациях, информационными центрами и дежурно-диспетчерскими службами для обеспечения информационной поддержки при угрозе возникновения и возникновении ЧС, принятии решений и управлении в кризисных ситуациях а ее структура со-ответстует структуре управления РСЧС (рис. 2).
В табл. 3 приведен перечень городов, в которых предполагается развертывание информационных центров и терминальных комплексов ОКСИОН.
Общее количество объектов сети составляет 1160 и сеть охватывает практически всю территорию России, в связи с чем актуальным становиться вопрос сетевой надежности системы ОКСИОН.
Слабым местом в системе оповещения является система оповещения сельского района (рис. 3). Практика показала, что такие системы создать значительно сложнее систем оповещения города, хотя они и относятся к одному уровню. К этому есть целый ряд причин:
— сельские телефонные сети менее развиты, чем городские;
0
ю
а р
го
а р
е и к
с е
т
и н
х
хет
1
о н
т
у
а
I
Центральный региональный центш ^^
регинапьныи центр Южный региональный центр
Рис. 2. Узловые элементы ОКСИОН на территории России
Таблица 3
Города развертывания ОКСИОН
№ Города Кол-во терминальных комплексов № Города Кол-во терминальных комплексов
1 Москва 278 18 Пятигорск 18
2 Санкт-Петербург 126 19 Кисловодск 18
3 Ростов-на-Дону 36 20 Минводы 18
4 Нижний Новгород 36 21 Сочи 18
5 Екатеринбург 36 22 Самара 36
6 Красноярск 36 23 Казань 36
7 Хабаровск 36 24 Уфа 18
8 Архангельск 18 25 Тольятти 18
9 Вологда 18 26 Набережные Челны 18
10 Калининград 18 27 Ижевск 18
11 Воронеж 18 28 Тюмень 36
12 Ярославль 18 29 Челябинск 18
13 Мытищи 18 30 Ханты-Мансийск 18
14 Красногорск 18 31 Иркутск 18
15 Ставрополь 36 32 Новосибирск 18
16 Краснодар 36 33 Омск 18
17 Волгоград 18 34 Владивосток 18
— территория сельского района гораздо больше территории города;
— на территории района размещается значительное число небольших по численности сельских населенных пунктов, часть из которых вообще может не иметь телефонной связи и даже централизованного электроснабжения;
— телефонные выходы на сельские населенные пункты часто организуются всего по одному-двум каналам связи;
— сельские населенные пункты в большинстве своем не имеют трехфазной сети электроснабжения, что не позволяет применять для оповещения населения электросирены.
Все это резко ограничивает возможности по использованию существующей аппаратуры управления и средств оповещения, а также требует привлечения больших финансовых и материальных средств. Поэтому систем оповещения населения сельских населенных пунктов с организацией управления из районного центра, в полном виде, у нас в стране практически нет, хотя проектные решения на их создание имеются.
В сущности, в настоящее время решен вопрос лишь оповещения самого районного центра, но не всего сельского района в целом.
В связи с этим возникла необходимость в альтернативном способе передачи сигналов опасности. МЧС России совместно с ОАО «Владимирский завод
«Электроприбор» был разработан комплекс технических средств, который обеспечивает оповещение населения посредством беспроводной передачи сигналов в КВ и УКВ диапазоне. В мае 2007 года данная система оповещения впервые была введена в опытную эксплуатацию в Республике Тыва. В дальнейшем планируется охватить новой системой оповещения все российские регионы, в которых слабо развита система проводного радиовещания.
Структурная надежность ССО
Современные ССО включают тысячи элементов — узлов и каналов связи, связь между узлами может осуществляться по нескольким различным путям. В процессе функционирования сети возможен выход из строя ее элементов. Отказ узла или канала не позволяет использовать его для передачи данных. Одним из важнейших показателей надежности такой сети, компоненты которой подвержены случайным отказам, является вероятность связности. Структурная надежность сети определяется вероятностью существования хотя бы одного пути из исправных каналов между узлами из заданного подмножества (вероятность связности) узлов.
Поскольку в процессе функционирования ССО происходит обмен информацией между отправителем ^ и получателем ? информации (таких информационных направлений может быть несколько) то у них
о
ю
а р
го
а р
к
с е
т
и н
х
£ I
о н
т
у
а
I
Рис. 3. Организационно-техническое построение системы оповещения сельского района на базе комплекса техн ических средств оповещения населения по радиоканалам
5
Рис. 4. Перенумерованный случайный граф двухполюсной сети
есть два полюса — входной и выходной. Физически это можно интерпретировать как определение возможности прохождения некоторого сигнала от входа ССО к выходу.
Под путем передачи информации понимаются последовательно включенные друг за другом линии и узлы связи (без петель и параллелей), соединяющие 5 и , между собой.
При расчете надежности системы связи в качестве основной меры используют так называемую вероятность Р, связности двухполюсной сети, которая является математической моделью информационного направления, выделяемого в системе.
Под Р5, понимают вероятность события Е,, застать в произвольный момент времени между 5 и , в исправном состоянии хотя бы один путь передачи информации. Можно видеть, что вероятность Р5,, связности есть, по сути дела, коэффициент готовности двухполюсной сети. Заметим, что вероятность связности двухполюсной сети является основополагающим показателем, лежащим в основе большинства стохастических структурно-сетевых характеристик технических систем с сетевой структурой (например, таких, как своевременность, оперативность, пропускная способность и др.).
В качестве примера проведем расчет структурной надежности сети связи и оповещения АС ОСОДУ г. Санкт-Петербурга. Пространственные размеры Санкт-Петербурга довольно значительные и при оценке надежности АС ОСОДУ города и ее сети связи необходимо учитывать конечную надежность не только технических сооружений (узлов и центров связи), но и линий связи, для чего возьмем одно информационное направление от КСА ПУ ЕДДС города к КСА ПУ ОСОДУ какого-либо района города так, чтобы можно было бы показать достаточно большие потенциальные возможности сети по предоставлению обходных (резервных) путей связи.
Поскольку ненадежными являются и узлы и линии связи, то в качестве математической модели анализируемого информационного направления примем случайный перенумерованный граф соответствующей двухполюсной сети. Вершинам графа на с ети связи соответствуют узлы связи (5, , и транзитные), а
ребрам графа — соответственно те линии связи, которые соединяют выделенные узлы связи.
На рис. 4 представлена структура случайного перенумерованного графа двухполюсной сети, формально описывающей часть первичной сети связи АС ОСОДУ Санкт-Петербурга.
Можно видеть, что случайный граф состоит из 5 вершин и 7 ребер, т.е. всего 12 элементов. В табл. 4 приведены численные значения коэффициентов готовности этих элементов, полученные в результате статистической обработки данных о наработке на отказ узлов и линий связи сети и вычислений с использованием формулы (7).
Таблица 4
Значения коэффициентов готовности элементов
Номер Коэффициент готовности
элемента
1 0,997
2 0,990
3 0,993
4 0,985
5 0,994
6 0,991
7 0,978
8 0,953
9 0,967
10 0,952
11 0,996
12 0,984
Обычно вероятность Р5, связности двухполюсной сети рассчитывается в предположении, что надежность отправителя и получателя (т.е. вершин 5 и ,) информации абсолютна. При необходимости учета ненадежности вершин 5 и для вычисления такой вероятности Р® связности двухполюсной сети используют следующую формулу:
?5=р.хр„ХР,
(10)
где р5 и р, — коэффициенты готовности вершин
5 и .
Численное значение вероятности Р5, , связности двухполюсной сети вычисляется по формуле следующего вида:
= РьРгРт + РьРгРчРъРпЧю + РпРъРъРгРтЧь + + РпРъРп (О - Рг О - (( (1 - Р9 Рю ))) + Л Рг?ю91 ) + РгР лР\ ( Рз * * РгРгРшЬЪ + РгРАРиРъРяЧп ((1 ~ Рг (1 ~Ч6 0 - Р9Р10 )))+ + РбРгЯкЯ*)
(11)
о
Ю
а р
го
а р
к
с е
т
и н
х
£ I
о н
т
у
а
I
г
0
VO «
СР
го «
СР
0!
s ^
и
CU т s
1 X
£ I
0
1
т «
I
Подставим численные значения р j и q, = 1 — р, в формулу (11) и произведем соответствующие вычисления. Тогда численное значение вероятности PStt связности анализируемой двухполюсной сети будет равно:
Р„ = 0,991 • 0,99 • 0,953 + 0,991 • 0,99 • 0,967 • 0,993 • 0,984 • 0,048 + + 0,978 • 0,993 • 0,967 • 0,99 • 0,952 • 0,009+0,978 • 0,993 • 0,984 х х ((1 -0,99 • (1 - 0,009 • (1 - 0,967 • 0,952)))+0,991 • 0,99 • 0,048 • 0,033)+ + 0,953 • 0,985 • 0,996 • 0,993 • 0,967 • 0,99 • 0,952 • 0,009 • 0,022 + 0,953 х х 0,985 • 0,996 • 0,993 • 0,967 • 0,99 • 0,952 • 0,009 • 0,022 + 0,953 • 0,985 х х 0,996 • 0,993 • 0,984 • 0,022 • ((l - 0,99 • (l - 0,009 • (l - 0,967 • 0,952)))+ 0,991 • 0,99 • 0,048 • 0,033) = 0,998590853 ~ 0,9986
Если учитывать конечную надежность вершин s и t , то с учетом численных значений их коэффициентов готовности pi и р5 , представленных в табл. 4, вероятность связности анализируемой двухполюсной сети будет равна Р® = 0,98962 1 5 1 « 0,9896 .
Система SMS-оповещения и сотовые сети связи
В качестве средств оповещения и информирования населения целесообразно организовать использование:
♦ сотовых сетей связи;
♦ автомагнитол в транспортных средствах с автоматическим переключением на программу передачи экстренных сообщений о ЧС;
♦ сетей радио- и телевещания (с учетом запланированного перехода на цифровое вещание к 2015 г.);
♦ мобильных средств информирования.
Сотовые сети связи являются перспективным
средством оповещения ведь количество сотовых телефонов давно уже превышает число стационарных телефонов. Задействование сотовых систем мобильной радиосвязи (ММС) может быть осуществлено на основе использования одной из её функциональных возможностей — службы передачи коротких сообщений (SMS), дающей возможность доводить сообщение на абонентские сотовые телефоны.
Исследования показывают, что постоянный поток людей, передвигающихся на транспорте и пешим порядком в течение дня, составляет большую часть населения. Таким образом, в течение дня большинство людей оторваны от своих квартирных стационарных средств приема информации (телефон, радио, телевизор, компьютер, радиоточка). В то же время стремительное развитие сотовых сетей связи позволяет говорить о возможности решения задачи массового оповещения населения независимо от мест его нахождения в городе и в загородной зоне.
С каждым годом количество функций сотовой связи увеличивается, а сам сотовый телефон постепенно превращается в универсальное средство не только связи, но и обмена цифровой информацией, приема сигналов радио и телевещания, выхода в Интернет. Все это позволяет рассматривать сотовый телефон в качестве одного из основных индивидуальных средств оповещения и информирования боль-
шинства населения страны в чрезвычайных ситуациях различного характера.
Количество индивидуальных автомобилей у населения растет очень быстрыми темпами. Ежедневно миллионы людей перемещаются по дорогам страны, оторванные от стационарных средств оповещения, для которых единственными средствами связи становятся сотовые телефоны и автомагнитолы (если они включены). Все современные автомагнитолы имеют специальный режим RDS (передача информации на поднесущей), который радиовещательные станции используют для информационных сообщений. Режим RDS используют многие радиостанции России.
Автомобилисты Московского региона и крупных городов уже принимают экстренные сообщения о дорожной обстановке с принудительным переключением своих автомагнитол с прослушивания радиопередачи или проигрывания дисков на волну радиостанции «Авторадио», использующей режим RDS. Уровень громкости при этом увеличивается. По окончании передачи магнитола возвращается в исходное состояние.
МЧС России уже сейчас оповещает россиян о чрезвычайных ситуациях через Интернет и SMS-со-общения. Задуматься об альтернативных способах экстренной связи с населением МЧС России заставили техногенные катастрофы, произошедшие за последнее время в ряде регионов России. Например, при отключении электричества в Москве в мае 2005 года сотни тысяч людей долгое время не могли понять, что же происходит, как добраться в то или иное место и т. д. В городе едва не началась паника. При этом большинство москвичей имели при себе мобильные телефоны, которые вполне могли стать источником информации. Министр МЧС России С. Шойгу после этой аварии сказал следующее: «Наверное, надо восстанавливать систему проводного радио. Второе — это, естественно, установка независимых или дублирующих источников питания. Третье — SMS-сообщения, электронная почта, уличные экраны. Если что-то происходит, то всем абонентам мобильной связи рассылается единое SMS-сообщение с предупреждением».
Система оповещения населения путем передачи SMS-сообщений уже помогла опровергнуть в мае 2007 г. слухи о якобы произошедшем взрыве на Волгодонской АЭС и имевшем место выбросе радиоактивного облака. География охваченных паникой населенных пунктов расширилась до Чечни, Дагестана, Кабардино-Балкарии и других северо-кавказских субъектов Федерации. Знакомые советовали друг другу закрывать все окна и не выходить на улицу. В аптеках исчезли запасы йода и активированного угля, а некоторые граждане и вовсе решили перебраться на время в соседние регионы.
Из-за шквала телефонных звонков перепуганных граждан, а их за сутки поступило 300 тыс.; практически парализованной оказалась работа дежурных МЧС в Краснодарском крае и Ростовской области. Так, например, оперативный дежурный Департамента
по предупреждению и ликвидации ЧС по Ростовской области только за один день, 20 мая, вынужден был дать около 2 тыс. пояснений о том, что никакой аварии на Волгодонской АЭС не было. В связи с наплывов звонков был затруднен прием вызовов по реальным происшествиям, пожарам и авариям.
Созданная в рамках сотрудничества ЮРЦ МЧС с сотовым оператором «Мегафон» система SMS-опо-вещения позволила распространить среди абонентов сети информацию Южного регионального центра (около 500 тыс. SMS-сообщений), опровергающую слухи о ЧП на атомной станции.
Система SMS-оповещения, действующая в регионе, позволяет передавать абонентам сотовой сети в 10 субъектах ЮФО информацию о рисках, которые прогнозируются в любом районе, а не только на территории округа.
В мае 2008 г. Федеральная комиссия связи США (FCC) предложила создать национальную текстовую систему оповещения о сигналах тревоги. Согласно предлагаемому FCC плану, для рассылки текстовых сообщений будут использоваться мощности четырех крупнейших операторов страны: AT&T, Verizon Wireless, Sprint и T-Mobile. Длина текстового сообщения ограничивается 90 словами, а передаваться они будут исключительно на английском языке и будут рассылаться как на региональном, так и на национальном уровнях.
На данный момент определено три ситуации, в которых будет оповещаться население:
♦ опасность для здоровья и безопасности (включая и террористические атаки);
♦ приближающиеся или происходящие в настоящее время природные опасности такие, как ураганы, торнадо и землетрясения;
♦ аmber alerts (похищение детей).
Очевидными свойствами эффективной ССО
используемой для оповещения и в ЧС, являются:
1) доступность связи как можно большему числу абонентов;
2) мобильность абонентов (наличие связи у абонента в зоне стихийного бедствия или контроль географически разнесенной территории одним и тем же абонентом);
3) живучесть системы связи, т.е. способность сети противостоять последствиям природных катаклизмов или преднамеренному разрушению сети злоумышленником;
4) надежность системы связи (надежный доступ к услугам связи в повседневных условиях).
Бурный рост числа абонентов сотовых компаний в последнее время, повлекший существенное расширение области покрытия территории РФ, позволяет говорить о том, что существующие подвижные (сотовые) системы радиосвязи удовлетворяют первым двум свойствам. Кроме того, эффективное использование радиосвязи становится особенно актуальным, если принять во внимание специфику такого региона России, как Сибирь, которая имеет малую плотность заселения и огромные территории, не охваченные
средствами телекоммуникаций. Однако вопрос живучести подвижных сетей связи остается открытым. Действительно, в 2003 году, когда произошло сильное землетрясение с эпицентром в Горном Алтае, сейсмические волны распространились далеко за его пределы, следствием чего стали ощутимые толчки в сопредельных регионах. Сразу же после первых толчков сотовые сети связи вышли из строя по причине шквала запросов на установление соединения. В условиях экстремальной ситуации одновременно огромное число абонентов пыталось получить информацию, в порядке ли их родные, что случилось, и что надо делать. Воспользоваться стационарной связью или получить информацию посредством телерадиовещания, в данном случае, было затруднительно, поскольку соответствующее оборудование преимущественно находилось в зданиях, которые были покинуты населением в соответствии с рекомендацией штаба ГО.
Живучесть ССО
Живучесть характеризует устойчивость системы связи против действия причин, лежащих вне системы и приводящих к разрушениям, значительным повреждениям или временной потере работоспособности всей сети или некоторой части её элементов — узлов, пунктов, станций и линий связи. Все причины можно разделить на два класса: случайные или стихийные и преднамеренные. К стихийным (случайным) факторам относятся природные и техногенные катастрофы, а к преднамеренным — огневые удары противника в условиях войны, террористические атаки, диверсионные и информационные разрушающие воздействия. Если случайный поток отказов ненадежной техники приводит к нарушению лишь отдельных связей и обладает свойством ординарности (малая вероятность одновременного отказа нескольких связей), то в случае оценки живучести необходимо принимать во внимание одновременный выход из строя значительной части системы или даже всей системы связи в целом.
Живучесть сети связи включает в себя два основных свойства, каждое из которых разбивается на два частных (рис. 5).
По аналогии с показателями надежности сетей связи введены показатели живучести, отличающиеся от случая надежности лишь специфическими факторами разрушения.
Чтобы понять, насколько эффективны системы связи и оповещения и насколько они отвечают требованиям живучести в различных условиях, целесообразно изучить их работу при крупных авариях, катаклизмах и катастрофах.
Атака на Всемирный торговый центр. Нью-Йорк, 11 сентября 2001 г.
Атака террористов на Всемирный торговый центр (ВТЦ) 11 сентября 2001 года повлекла за собой многочисленные человеческие жертвы и нанесла большой материальный ущерб. Врезавшиеся в здания самолеты не только нанесли ущерб общедоступным
о
VO га ср
го «
ср
и
CU т X I
X £
I
0
1 т
I
Рис. 5. Основные свойства и системы обеспечения живучести средств связи и оповещения
0
VO га ср
го га ср
0!
X ^
и
CU т X
1 X
£ I
0
1
т ^
га I
наземным и мобильным сетям связи, но и привели к сильной перегрузке тех из них, которые все же сохранили работоспособность. Фирма Verizon, крупнейший оператор связи в Манхэттене, где произошли теракты, после того, как обрушились здания, потеряла множество коммутационных станций. Была повреждена, уничтожена или затоплена масса проводов с медными и волоконно-оптическими кабелями вблизи комплекса ВТЦ, вплотную к которому также примыкал корпоративный центр фирмы с многочисленными кабельными колодцами и целым этажом коммутационного оборудования. Это здание было сильно повреждено упавшими обломками башен. За считанные минуты Verizon утратила 200 тыс. телефонных линий, 150 тыс. магистралей частных АТС, 3,7 млн. каналов передачи данных и 10 ретрансляционных сотовых сайтов. В результате была нарушена связь у 14 тысяч частных и 20 тыс. корпоративных клиентов.
Взрыв в финском торговом центре в окрестностях Хельсинки, октябрь 2002 г.
11 октября 2002 года в торговом центре Myyrmanni, расположенном в пригороде Вантаа г. Миирмяки вблизи столицы Финляндии Хельсинки, произошел взрыв бомбы, унесший несколько человеческих жизней.
Когда тысячи людей попытались одновременно дозвониться до служб безопасности по номеру «112», до своих друзей и родственников, работа сетей GSM, обслуживавших этот район, была полностью блокирована. Это серьезно помешало проведению спасательных операций, так как организовать размещение раненых в больницах можно было только при помощи сотовой связи. Сложности возникли и у пожарных, которые для связи с другими службами ЧС пользовались каналами GSM.
Пожар в Стокгольме, март 2001 г.
Сильный пожар в стокгольмском туннеле, произошедший в марте 2001 г., привел к нарушениям энергоснабжения и связи. Он лишил электричества 50 тыс. городских жителей, серьезно сказался на де-
ловом сообществе и телекоммуникационной инфраструктуре. Перебои в электропитании, начавшиеся в воскресенье утром, удалось устранить лишь к вечеру понедельника.
Действия террористов-смертников в Шри-Ланке
В столице Шри-Ланки г. Коломбо за последние годы террористами-смертниками было проведено несколько терактов, которые показали неспособность сотовых сетей обеспечить в таких условиях срочную связь.
Каждая из этих атак приводила к серьезным перебоям в работе мобильных сетей из-за огромного количества вызовов. Операторы связи, нагрузка на которых ежегодно возрастает примерно в полтора раза, были вынуждены задействовать свои резервные ресурсы, и когда после первых известий о террактах люди начинали звонить по телефону, система оказывалась заблокированной.
Угроза взрыва на скачках Grand National. Эйнтри, Великобритания, апрель 1997 г.
В апреле 1997 года скачки Grand National были срочно прекращены из-за угрозы Ирландской республиканской армии взорвать ипподром. Это вызвало самую крупномасштабную эвакуацию людей со времен Второй мировой войны.
В такой ситуации наземные и сотовые сети связи оказались полностью забитыми. Чтобы обеспечить правительственным чиновникам и военным связь по общедоступным сетям, было решено привести в действие государственную систему GTPS (Government Telephone Preference Scheme — правительственную схему приоритетной телефонии), призванную обеспечить приоритетную обработку вызовов высшего руководства страны за счет сокращения доступа обычных абонентов.К сожалению, это не дало желаемого результата. Правительственные чиновники так и не получили доступ в одну из мобильных сетей из-за перегрузки каналов связи, а военные саперы не смогли воспользоваться своими мобильными телефонами, так как те не были зарегистрированы.
Бури во Франции. Зима 1999 г.
В последние дни 1999 года по Франции, как и по многим другим европейским странам, пронеслись две снежные бури. Скорость ветра в некоторых районах достигала 200 км/ч, что вызвало серьезные повреждения сетей электроснабжения и связи. Сильный шторм нарушил даже движение по железным дорогам и подачу воды в здания.
Перебои в электроснабжении были вызваны падением мачт и столбов на линиях электропередач, обрывами проводов под действием ветра и падающих деревьев. Когда буря утихла, без света осталось 3,5 млн. домов.
Серьезные повреждения получила обычная телефонная сеть общего пользования. Буря вывела из строя множество телефонных линий, лишив их электропитания и оборвав висящие в воздухе провода.
На территории Франции развернуто 3 сети GSM, одна из которых работает в диапазоне 1 800 МГц, а две другие — в диапазоне 900 МГц. Все они были сильно повреждены. Главной причиной прекращения мобильной связи стало отсутствие электроснабжения, из-за чего отключились очень многие ретрансляционные станции. Это еще раз подчеркнуло, что отказоустойчивость сетей GSM обеспечивается лишь при кратковременном исчезновении электричества.
Конечно, в данном случае последствия снежных бурь оказались специфичными для условий Франции, где для связи используется комбинация подземных, воздушных и радиолиний, городские районы чередуются с сельской местностью, а конструирование систем ведется на основе общепринятых правил.
использовать для управления ни проводные, ни мобильные телекоммуникационные сети. Вся информация о происходящем передавалась по радиоканалам полиции и пожарной охраны, а телефонные сети, в том числе и сотовые, оказались полностью блокированными.
Землетрясение в Кобе. Япония, январь 1995 г.
17 января 1995 года на юге центральной Японии произошло землетрясение силой 7,2 балла, эпицентр которого лежал между городами Кобе и Осака. Разбушевавшаяся стихия унесла более 5 тыс. жизней и разрушила почти 180 тыс. зданий.
Для коммуникационной инфраструктуры последствия оказались беспрецедентными. Из-за прекращения подачи электроэнергии 285 тыс. абонентов телефонной сети общего пользования лишились связи, вместе с домами было уничтожено 100 тыс. линий связи и еще столько же было разорвано вне зданий. В дополнение к этому в сети возникли страшные заторы. В первый день после землетрясения трафик в Кобе превысил пиковое значение в 50 раз, выйдя за рамки возможностей телекоммуникационной системы. Ведущий оператор внутренней связи Японии корпорация NTT блокировала 95% всех входящих вызовов, чтобы обеспечить связью полицейские участки, правительственные организации и телефоны общего доступа. Однако очень многие пытались звонить по платным телефонам, и это быстро привело к перегрузке каналов связи. Приоритет был предоставлен и службам спасения, но их работе сильно мешали перегрузка сети и недостаточное число операторов.
Землетрясение в Афинах, сентябрь 1999 г.
В столице Греции 7 сентября 1999 года произошло сильное землетрясение силой 5,9 баллов по шкале Рихтера. Оно длилось всего 10 секунд, но за это короткое время погибли и были ранены люди, многие здания были разрушены. Самые тревожные сообщения поступали из районов Мениди, Лиосия, Зефири, Тракомакедонес, Филадельфия, К. Кифиссия, Ме-таморфози, Петроуполи, Северная Иония, Северная Эритрея, Перистери, Аг Анаргири, Хайдари и Галат-си. Подземные толчки ощущались даже в Коринфе, расположенном на 100 км южнее. В результате землетрясения обрушилось 65 зданий, из которых почти все были жилыми, и под их обломками погибло 143 человека. Раненых насчитывалось около 7 тысяч.
Сразу же были мобилизованы все службы ЧС. К операции подключился Национальный центр по действиям в чрезвычайных ситуациях при Генеральном секретариате гражданской защиты, равно как и оперативные центры других ведомств — полиции, пожарной охраны, скорой медицинской помощи (ЕКАВ), организации по планированию и защите от землетрясений (ЕРРО).
Прежде всего, было крайне важно восстановить линии связи и наладить оповещение населения. Как и в других случаях, описанных выше, в первые часы после землетрясения было просто невозможно
Землетрясение Чи-чи на Тайване, сентябрь 1999 г.
Сильное и разрушительное землетрясение потрясло 20 сентября 1999 г. северо-запад Тайваня. Его эпицентр находился неглубоко от поверхности земли, вблизи небольшого городка Чи-чи в 150 км к юго-западу от Тайбэя. Это вызвало серьезные разрушения и жертвы в городах Чунляо, Мейшан, Тайчунг, Фонгуен и Донгсю. Сообщения о гибели людей и разрушении зданий поступали даже из густонаселенной столицы Тайбэя. По сообщению тайваньского телевидения, в тот день погибло 2100 человек и еще 8000 было ранено. Сильные повреждения получили кабельные колодцы, однако проложенные в них кабели не пострадали. Тем не менее, и сотовая, и обычная телефонная связь прервалась, что было вызвано частично повреждением зданий базовых станций, их оборудования и сотовых сайтов, а частично — прекращением подачи электроэнергии.
Ледяной шторм в Нью-Йорке, январь 1998 г.
Беспрецедентный по своим масштабам ледяной шторм, прокатившийся по северо-востоку США в январе 1998 г., нанес огромный ущерб лесопаркам в городах и сельской местности на площади 18 млн. акров. Пострадали штаты Мэн, Нью-Гэмпшир, Вермонт и Нью-Йорк. Особенно сильный урон понесли компании, общественные здания и коммунальная инфраструктура Нью-Йорка, который оставался без
о
VO «
ср
го «
ср
и
CU т X I
X £
I
0
1 т
I
электроснабжения в течение 23 дней. Дело дошло до того, что 10 января президент США Билл Клинтон объявил графства Клинтон, Эссекс, Франклин, Джефферсон, Льюис и Сент-Лоренс зоной бедствия.
Входящая и исходящая связь в этих районах была прервана по целому ряду причин. Линии связи, локальные телефонные станции и сотовые ретрансляторы из-за отсутствия электропитания оказались неработоспособными. По этой же причине не могли использовать свою связь и компании, где также замолчали офисные АТС.
Те системы, где имелись резервные электрогенераторы, проработали недолго — они лишились питания, как только иссякли запасы топлива. Еще быстрее разрядились запасные аккумуляторы, специально установленные на случай перебоев в подаче электроэнергии. В результате некоторые районы в течение долгого времени оставались без связи, если не считать любительских радиостанций. А без этого было очень трудно принимать необходимые меры.
В заключение следует сделать вывод, что катастрофы, как правило, наносят серьезный урон телекоммуникационной инфраструктуре общего пользо-
вания и провоцируют резкое возрастание нагрузки на каналы связи. Повреждение инфраструктуры, в свою очередь, приводит к перегрузке оставшихся ресурсов общего пользования, в результате устанавливать и поддерживать эффективную связь становится еще сложнее.
Анализ показал, что проблемы связи при многих катаклизмах усугубляются еще и несовместимостью систем связи различных организаций, а также очевидна опасность отказа телекоммуникационных инфраструктур общего пользования по техническим причинам.
Задачи оценки и обеспечения требуемого уровня надежности и живучести сетей связи ( сети связи с коммутацией каналов, сети связи с коммутацией пакетов, цифровые сети интегрального обслуживания и т.д.) есть и будут актуальными всегда.
Поэтому на этапах внедрения новых систем оповещения (ОКСИОН), образования территориальных ЦУКС, организации систем связи и оповещения с ними, обязательно нужно учитывать как аппаратную (элементную) так и структурную надежность ССО с учетом их живучести.
Литература
1. Федеральный закон от 12 февраля 1998 г. № 28-ФЗ «О гражданской обороне».
2. Носов М.В. Безопасность и устойчивость систем связи. — Новогорск, 1998.
3. Тоценко В.А. Проблемы надежности сетей // Компьютерра. — 1998. — № 14.
4. Филин Б.П. Методы анализа структурной надежности сетей связи. — М.: Радио и связь, 1988.
5. ГОСТ 27.003—90. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности.
6. ITU-T Recommendation Е.800 (08/94). Terms and definitions related to Quality of Service and Network Performance including dependability.
7. ITU-T Recommendation Q.706 (03/93). Signalling System No. 7. Message Transfer Part signalling performance.
8. Нетес В.А. Качество обслуживания на сетях связи. Обзор рекомендаций МСЭ // Сети и системы связи. - 1999. - № 3.
9. Соколов Ю.И. Оповещение населения при чрезвычайных ситуациях / Под редакцией д.т.н. В.А. Владимирова. — М.: Крук. — 2001.
10. Носов М.В. Организация технической эксплуатации средств оповещения. — Новогорск, 2003.
0
VO «
р
го «
р
О!
х ^
и
CU т X
1 X
£ I
0
1 т
I
