Учебное пособие 800405

УДК 621.9

А.Б. Антиликаторов, А.С. Кушнарев

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ И РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ СРЕДСТВ ОБНАРУЖЕНИЯ

Рассматриваются критерии оценки эффективности и результативности средств обнаружения

Эффективность технической системы может быть оценена только по взаимно дополняемым критериям, которые в общем виде не сводятся к одному или нескольким показателям, а представляют собой функционалы. Они делятся на 4 класса: функциональные; технологические; экономические; антропологические. Выбор критериев должен удовлетворять условиям:

–измеримости, что обеспечивает количественную оценку

систем;

–сопоставимости, что позволяет сопоставлять технические критерии разных времен и стран;

Вобщем виде результативную (функциональную) эффективность применения средств обнаружения можно представить в виде трех сомножителей:

где РЭсо – потенциальная эффективность средства обнаружения в данном

подклассе ТСО; РЭн – эффективность обнаружения различных типов

нарушителей; РЭс – эффективность противодействия негативному

влиянию окружающей среды.

, под которой будем понимать эффективность СО, потенциально достижимую в наилучших условиях обнаружения: при «нормальном» или не-

91

подготовленном нарушителе () и наилучших для данного СО условиях применения, т.е. минимального влияния среды (РЭС ≈1).

Проблема оценивания функциональной эффективности средств обнаружения, как и любой другой технической системы, настолько сложна, что представляет собой отдельную область исследования. Поэтому в первом приближении за основу можно взять относительный критерий РЭ, предложенный Р. Магауено-

вым [1]:

t – время «памяти», или обработки сигнала в СО, которое не превышает времени преодоления нарушителем ЗО (реально – не более 20 с). В практических случаях, если Р0 > или = 0,9 и Рл < или = 0,1, первым слагаемым в (3) можно пренебречь:

(5)

К несомненным достоинствам (2) можно отнести простоту, аддитивность, относительность, непротиворечивость – корректный учет основных тактико-технических характеристик. Пользуясь аддитивностью базового критерия (2), можно дополнить его членами, которые отражают относительную важность достижения других показателей системы. Данные характеристики логично разделить на 4 группы:

1.вероятность Рк классификации ОО и вероятность Рн правильного указания направления движения (слева или направо, от нас или к нам) – их меньшую значимость, по сравнению с основными ТТХ (Р0 и Тл), учитываем коэффициентом К1 = 1/2;

2.дальность L обнаружения СО, которая для стационарных есть длина ЗО, а для точечных быстроразвертываемых

–радиус обнаружения, значимость данного параметра оценива-

92

ем коэффициентом К2 = 1/3;

3.потребляемая электрическая мощность N и надежность Н (например, наработка на отказ) – их значимость учитываем коэффициентом К3 = 1/4;

4.масса M и максимальный габаритный размер Г – их значимость оцениваем коэффициентом К4 = 1/5.

Другие параметры СО (более 20 показателей) можно либо не учитывать, либо выбирать с существенно меньшими коэффициентами значимости. Коэффициенты Кi уточняют, исходя из назначения системы охранной сигнализации, куда входит СО.

Суммируя вышесказанное, дополненный критерий (2) результативной (функциональной) эффективности СО с учетом положительного или отрицательного влияния изменения показателей будет иметь вид:

(6)

где qбаз вычисляется с учетом (3–5), а коэффициенты К1…К4 уточняются в зависимости от условий применения СО.

Для расчета экономической эффективности СО в [1]

где С – стоимость СО.

Встоимость, входящую в функционал (7), обязательно должны быть включены стоимость монтажных и пусконаладочных работ, стоимость технического обслуживания и ремонта в течение срока службы.

Всоответствии с вышесказанным, критерий (7) эффективности для стационарного СО приобретает вид:

(8)

где РЭсо – результативная (функциональная эффективность) по (6).

В критерии (8) отсутствует зависимость эффективности от срока службы изделия: во-первых, косвенно он входит в функциональную эффективность согласно (6); во-вторых, в

93

нормативы (принятые неофициально) на периметровые СО закладывается стандартный срок службы Тс0 = 8 лет.

Разработка функционала (коэффициента) РЭН, учитывающего уменьшение функциональной эффективности применения СО, согласно (1) – сложная задача, которая предполагает построение статистически достоверной модели нарушителя в условиях применения изделия. Модель нарушителя включает ситуационную составляющую, зависящую от условий применения изделия, и обнаружительную составляющую, т.е. способность СО, обладающего определенной «физической» чувствительностью, обнаруживать физические объекты, противостоять «обходу».

Фактически модель можно свести к определению полной вероятности события – обнаружения статистического нарушителя, который условно «разбивается» на i = 1, 2 … n типов. Каждому типу Тi приписывается вероятность его появления на рубеже охраны и вероятность его обнаружения Р0(А/Тi). Тогда по формуле полной вероятности:

. (9)

Соответственно, для определения (9) необходимо:

1.«разбить» возможных нарушителей на n типов, характеризующих статистически устойчивые группы нарушителей;

2.определить вероятность их появления на рубеже

сучетом окружающих условий применения (угрозы, криминогенная обстановка, специфика охраняемого объекта и т.д.);

3.разработать достоверные модели нарушителя по каждому типу, соответствующие физическому принципу работы СО;

4.оценить вероятности обнаружения i-го типа нарушителя, исходя из обнаружительной способности изделия.

Как видно из перечисленного, построение корректного критерия (9) является сложной проблемой, требующей различной (в том числе, специальной, оперативной) информации. В разных условиях применения функциональная эффективность одного и то го же СО может изменяться в широких пределах.

94

Например, магнитометрическое СО в условиях, когда высок процент возможных «магниточистых» нарушителей (побережье вблизи свободного пляжа) будет неэффективно; то же СО в условиях блокирования границы или военных баз в местах действия вооруженных бандформирований и отсутствия «случайных» людей дает практически РЭн примерно = 1,0.

Целями нарушителей могут быть случайный или спонтанный интерес, причинение ущерба без мотивации, хищение имущества, нанесение умышленного вреда людям или имуществу, сбор информации об объекте, диверсия и т.д. В соответствии с целями, они в различной степени готовятся к преодолению рубежа охраны, чтобы по возможности остаться незамеченными. При этом знание физического принципа работы, места установки или вида СО облегчает таким подготовленным нарушителям преодоление ЗО без выработки тревоги – «обход».

Степень осведомленности нарушителей о системе охраны различна – от незнания или некоторого знакомства до полного знания и тренированности преодоления. Как правило, достаточно выделить n = 4 типа нарушителей, ниже приведено их краткое описание, даны приблизительные оценки моделей нарушителей и вероятностей их обнаружения.

1.Так называемые «нормальные» или случайные нарушители, которые достоверно обнаруживаются в соответствии с «роботообразным» сценарием их действия, заложенным в алгоритм обработки информации СО. Только для таких нарушителей обеспечивается вероятность обнаружения, приводимая в технических условиях на изделие. Они представляют собой основной, наиболее распространенный тип: Р(Т1) > или = 0,5,

Р0(А/Т1) = 0,95…0,97 (в современных СО).

2.Данный тип нарушителей (воры, контрабандисты, наркокурьеры) имеет представление об установленной охранной сигнализации, что-то читал в технической литературе, поэтому старается своим поведением снизить, как ему кажется, воздействие на СО. Например, уменьшить или увеличить скорость, применить для преодоления попутные средства или материалы (доска, палка). Такие «неквалифицированные» нарушите-

95

ли, не знающие физического принципа работы и типа СО, обнаруживаются, но не столь уверенно; иногда возможны случаи, когда ухищрения приводят к обратному результату. Р(Т2) = 0,1…0,5; Р0(А/Т2) = 0,6…0,9 (для маскируемых СО), 0,3…0,6 (для заградительных СО).

3.«Квалифицированные» нарушители (террористы, бандиты) преимущественно хорошо знакомы с системой охраны

–информация может быть получена, агентурным путем, «зондированием» рубежа. Одиночные, как правило, имеют специальные технические средства для облегчения преодоления рубежа (стремянка) или даже «обхода», например путем подкопа под сигнализационным заграждением. Группа нарушителей может помогать друг другу, например производя «зашумляющие» сигналы. Обнаружение возможно по причине плохой тренированности, дополнительного случайного «вклада» помех, неправильной идентификации СО и т.п. Их процентный состав невелик, однако зачастую именно с ними отождествляется макси-

мальная угроза объекту. Р(Т3) = 0,02…0,2; Р0(А/Т3) = 0,03…0,2 (для заградительных СО), 0,1….0,5 (для маскируемых СО).

4.«Высококвалифицированные» тренированные нарушители (разведчики, диверсанты) одиночными СО если и обнаруживаются, то крайне неудовлетворительно, по случайным отклонениям от сценария. Их устойчивое обнаружение обеспечивается путем комплексирования рубежа охраны двумя или тремя СО различного физического принципа действия, сконфигурированных в пространстве так, чтобы максимально затруднить «обход». Р(Т4) = 0,005…0,05; Р0(А/Т3) примерно = 0 (для заградительных СО), 0,05…0,1 (для маскируемых СО).

Подставляя выявленные значения параметров в (9), можно получить коэффициент РЭн, показывающий снижение эффективности СО при обнаружении подготовленных нарушителей.

Функционал РЭс < или = 1 в (1) есть относительная эффективность противодействия СО негативному влиянию окружающей среды. Он зависит от физического принципа работы, природно-климатических условий места установки изделия,

96

уровня индустриального помехового фона, времени суток и года. К примеру, флуктуационный электромагнитный «городской» шум, критичный для магнитометрических СО, в ночные часы с 2.00 до 5.00 уменьшается в 3–5 раз. Глубокий снег (толщиной до 2 м) в гористой местности Северного Кавказа является «подушкой», резко снижающей эффективность сейсмических СО, высокая трава на рубеже делает возможным «обход» ползком радиолучевой ЗО.

Современное средство обнаружения должно строиться так, чтобы свести влияние среды к минимуму. Если нельзя сделать средство обнаружения всепогодным, должны быть введены четкие инструкции и ограничения на его применение. Разработка функционала РЭс представляет собой менее сложную задачу, чем РЭн; трудностью является утаивание или умалчивание производителями СО конкретных характеристик среды, при которой функциональная эффективность снижается и насколько. Поэтому требуются независимые натурные испытания изделий «по полной программе», особенно если планируется их использование в местах с экстремальными условиями.

Литература

1.Магауенов Р.Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения: Учебное пособие. М.: Горячая линия-Телеком, 2008.-496 с.

2.Любимов М.М., Чучмарь В.А., Любимова О. Основанные требования к проектированию автоматизированных комплексных систем безопасности.Уч. пособие. М.:ООО «Берд», 2002.-94с.

3.Иванов И.В. Охрана периметров. М.: Радио и связь. 2007._ 1117с.

Воронежский государственный технический университет

97

УДК 621.329

А.В. Башкиров, Д.А. Хараджиди

УСТРОЙСТВО, АНАЛИЗИРУЮЩЕЕ ОБМЕН ДАННЫХ ПОРТОВ USB НА АППАРАТНОМ УРОВНЕ

В данной статье представлено являлась разработка устройства, дающего возможность проследить за обменом данными между хост-контроллером USB и USB - прибором на аппаратном уровне. Для осуществления работы разработанного устройства не требуется специализированных драйверов, кабелей и прошивок, оно совместимо с любой операционной системой, где присутствует поддержка

USB

Несмотря на простоту использования протокола USB для конечного пользователя, реализация последнего для программистов и разработчиков USB-устройств достаточно сложна. Часто программные USB-анализаторы используются для отладки, например, такие как USB-Monitor. Но проследить за обменом данными между хост-контроллером USB и прибором USB на пакетном уровне невозможно при помощи программного обеспечения, потому что в каждом пакете содержится служебная информация, добавляемая на аппаратном уровне,

При помощи программного обеспечения возможно отследить, передаваемую информацию, но нельзя увидеть, каким образом это происходит. Данный процесс представляет большую важность непосредственно для разработчика самих USB устройств, особенно при реализации программной USB протокола на контроллерах, у которых отсутствует универсальная аппаратная последовательной USB-шины.

Восполнить эту брешь призвано описываемое далее устройство, анализирующее обмен данных портов USB на аппаратном уровне, именуемое далее USB анализатором. Которое подключается к шине отлаживаемого USB устройства параллельно, затем записывает, для последующего анализа, любую активность на шине. Дополнительных драйверов для работы не

98

требуется, работа USB анализатора возможна на любой операционной системе, где присутствует поддержка USB. Однако, быстродействие микроконтроллера AVR, применяемого в устройстве, позволяет отследить лишь за низкоскоростной передачей данных, но этот режим работы широко используется, например, в периферийных устройствах, таких как: мышь, клавиатура, различные джойстики. Возможностей анализатора достаточно для любого устройства, работающего с COM-портом (виртуальным) через USB-преобразователь.

Основа анализатора – микроконтроллер AtMEGA8515 (DD1). С помощью разъёма XP1 анализатор подключается к шине USB параллельно и перехватывает всю передаваемую по шине информацию в любом направлении.

Она временно хранится в статической микросхеме памяти CY7C199CN-20VC (DD4), а затем через разъём XP3 отправляется для анализа в COM-порт компьютера.

Рис. 1. Анализатор - схема электрическая принципиаль-

ная

Такое решение обусловлено тем, что тактовая частота шины USB в низкоскоростном режиме равна 1,5 МГц, а скорость работы COM-порта обычно не превышает 115200 Бод. Это вынуждает накапливать информацию в буфере, но обрабатывать её и передавать в компьютер – в паузах между пакетами. Объём встроенного ОЗУ микроконтроллера для этого недостаточно.

Согласование уровней сигналов микроконтроллера и интерфейса RS-232 выполняют элементы микросхемы DD3. Хотя

99

уровни сигналов на разъёме XP3 несколько отличаются от стандартных, при длине соединительного кабеля не более нескольких метров проблем не возникает. Дело в том, что практически у всех интерфейсных микросхем, применяемых в COM-портах современных компьютеров, граница между логическим нулём и единицей проходит на уровне +(1..2) В. Светодиод HL1 сигнализирует о готовности анализатора к работе, он гаснет при перевыполнении буферной памяти.

По заполнении памяти анализатора, запись прекращается, о чём он сигнализирует выключением светодиода. Чтобы возобновить запись с самого начала буфера, достаточно нажать “Enter” на клавиатуре компьютера.

Конечно, можно было организовать кольцевой буфер, но при неблагоприятных условиях возможно его перевыполнение. Кроме того, управление указателями записи и чтения в кольцевом буфере требует временных затрат, а ресурсы микроконтроллера и так практически полностью задействованы в программном декодировании пакетов USB. Коды должны быть записаны в память программ микроконтроллера, в соответствии с таблицей 1. Ноль означает запрограммированный разряд конфигурации, единица – незапрограммированный. Программатор можно подключить к разъёму XP2.

Начиная работу с анализатором, на персональном компьютере необходимо запустить любую терминальную программу, выбрав в ней COM-порт, при работе через конвертер USBCOM – виртуальный, и подключить к разъёму этого порта разъём анализатора XS3.

Таблица 1

Процесс нумерации USB – устройства