автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования предприятий нефтегазовой промышленности на основе применения инфокоммуникационных систем телемедицины

Мохаммед Мохсен Али Музанна

Повышение эффективности функционирования предприятий нефтегазовой промышленности на основе применения инфокоммуникационных систем телемедицины

Специальности: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка

информации (в промышленности) 05.11.17 — Приборы, системы и изделия медицинского назначения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 МАР 2015

005559835

Тверь -2015

005559835

Мохаммед Мохсен Али Музанна

Повышение эффективности функционирования предприятий нефтегазовой промышленности на основе применения инфокоммупикациопных систем тслемедпцины

Специальности: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка

информации (в промышленности) 05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тверь-2015

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет»

Научный руководитель: Марголис Борис Иосифович, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Автоматизация технологических процессов» Тверского государственного технического университета.

Официальные оппоненты:

Допира Роман Викторович, доктор технических паук, профессор, заведующий отделом № 40 — Проектирования систем общего назначения в научно-производственном объединении "Русские базовые информационные технологии" (г. Тверь)

Малыш Владимир Николаевич, доктор технически наук, профессор, заведующий кафедрой электроники, телекоммуникаций и компьютерных технологий Липецкого государственного педагогического университета

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Тамбовский государственный технический университет

Защита диссертации состоится « 24 » марта 2015 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д212.262.04 при Тверском государственном техническом университете (адрес: 170026, г. Тверь, наб. Афанасия Никитина, д.22, ауд.Ц-212).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного технического университета (адрес: 170023, г. Тверь, просп. Ленина, д.25) и на сайте www.tstu.tver.ru.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.262.04, д.ф .-м.н., проф.

Дзюба С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Большинство нефтегазовых компаний в Йеменской республике находится в отдаленных районах, для которых характерны горный рельеф, сложный климат, пустыня, недостаточные транспортные возможности. Все это усложняет обеспечение надлежащего уровня медицинской помощи для сотрудников этих компаний, особенно при возникновении чрезвычайных ситуаций и несчастных случаев. Большинство этих отдаленных районов находится в сельской местности и отличается низким уровнем медицинского обслуживания. В связи с этим важное значение приобретает передача телемедицинской информации между отдаленными друг от друга пунктами, где находятся пациенты и врачи медицинских учреждений с целью диагностики, лечения, консультации и непрерывного обучения.

По вопросам моделирования инфокоммуникационных систем телемедицины (ИКСТМ) и ее элементов, инфокоммуникационных технологий опубликовано большое число работ, среди которых можно отметить работы Б.Я. Советова, С.А. Яковлева, JI. Клейнрока, P.M. Юсупова, Р.И.Полонникова, Ю.И.Сенкевича, А.В.Лемешко, В.П.Парфенова. Работы этих и ряда других ученых составляют теоретическую базу моделирования сетей, в том числе сетей передачи и обработки данных и их элементов.

В большинстве этих работ при расчете распределения нагрузки в информационных сетях используются модели с альтернативной маршрутизацией сообщений. Основной недостаток этих моделей заключается в последовательном формировании приближений при синтезе структур абонентской и магистральной частей ТМС, а также использовании многошаговых специализированных алгоритмов, требующих значительного времени для реализации и отладки. Поэтому актуальной является задача нахождения оптимальной структуры и параметров абонентской и магистральной сети с использованием алгоритмов, основанных на использовании готовых оптимизационных процедур математических сред программирования, в частности, Matlab.

Научная задача разработки моделей и алгоритмов заключается в оценивании передачи информации в телемедицинских сетях на соответствие требуемому качеству обслуживания при заданной, либо прогнозируемой нагрузке и синтезе физической структуры телемедицинских сетей (ТМС).

Важным направлением исследований в области передачи информации в ТМС является анализ и решение задач, связанных с минимизацией задержки и распределением нагрузки с помощью моделей маршрутизации. Конкретная реализация алгоритма маршрутизации существенно зависит от специфических особенностей сети, но в целом для различных сетей используется достаточно похожий математический аппарат - алгоритмы кратчайшего пути и потоковые алгоритмы, применяемые к потоковым моделям сетей, основанных на интенсивностях трафика, поступающего в линии связи.

Сказанное позволяет сделать вывод о том, что разработка моделей оптимальной передачи информации от абонентов удаленных районов к

консультационным узлам в крупных районных центрах представляет собой важную научную задачу, имеющую большое значение для экономики страны.

Целью работы является повышение эффективности функционирования предприятий нефтегазовой отрасли за счет увеличения оперативности медицинского обслуживания сотрудников с помощью применения инфокоммуникационных систем телемедицины.

В отличие от рассмотренных выше работ по распределению нагрузки в информационных сетях в данной диссертации была поставлена задача нахождения оптимальной структуры и параметров абонентской и магистральной сети с использованием готовых оптимизационных процедур среды математического программирования МайаЬ.

С учетом принципов системного подхода к передаче информации в телемедицинских системах для достижения цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:

1. Разработка потоковой модели маршрутизации для произвольного числа линий связи и узлов в топологии моделируемой сети с учетом сохранения потоков в промежуточных узлах, позволяющей минимизировать задержки в сети или ее за1руженность.

2. Обоснование возможности разделения входных потоков информации на произвольное количество линий связи.

3. Синтез структуры абонентской ИКС, обеспечивающей минимальное расстояние от абонентов до узлов коммутации с учетом того, что каждый абонент присоединяется к одному узлу коммутации.

4. Расчет пропускных способностей абонентских каналов связи с учетом предполагаемых информационных потоков по ним.

5. Синтез топологии магистральной сети, содержащей кратчайшие пуш прохождения информации (каналы связи) от узлов сети к региональным узлам коммутации (РУК).

6. Определение пропускных способностей каналов связи магистральной сети, обеспечивающих передачу информацию от узлов сети к РУК с минимальной средней задержкой и максимальной загруженностью каналов.

7. Подключение абонентов удаленных районов (филиалов нефтегазовых компаний) с помощью средств проводной и спутниковой связи с учетом стоимостного критерия.

8. Создание комплекса программ для автоматизированного синтеза абонентской и магистральной структур ТМС и определения пропускных способностей магистральных каналов связи.

Объектом исследования являются телемедицинские

инфокоммуникационные системы, предназначенные для доставки информации и повышения эффективности оказания консультационных услуг абонентам -филиалам нефтегазовых компаний.

Предметом исследования являются модели маршрутизации информации в ТМС, позволяющие минимизировать задержки и распределить нагрузку по каналам связи.

Методы исследования. Для решения сформулированных в работе задач используются математические методы системного анализа, теории вероятности, случайных процессов и математической статистики, теории алгоритмов и теории массового обслуживания, аналитической и численной оптимизации функции нескольких переменных с ограничениями типа равенств и неравенств, алгоритмы нахождения кратчайшего пути.

Научная новизна:

1. Получена модель распределения нагрузки каналов при разделении на произвольное количество линий связи с использованием аналитических оптимизационных методов.

2. Разработана потоковая модель маршрутизации для произвольного числа линий связи и узлов в топологии моделируемой сети с учетом сохранения потоков в промежуточных узлах, позволяющая оптимизировать задержки и балансировку нагрузки в сети.

3. Предложен метод решения задачи подключения абонентов к ближайшим узлам коммутации и расчета пропускных способностей абонентских каналов связи.

4. Разработан алгоритм формализации структуры магистральных сетей с использованием графовых моделей для синтеза их топологии.

5. Предложен метод определения пропускных способностей магистральных каналов связи с учетом разработанной потоковой модели маршрутизации, обеспечивающих эффективную передачу телемедицииской информации от абонентов удаленных районов к региональным узлам коммутации.

6. Подключение абонентов удаленных районов с помощью средств проводной и спутниковой связи с учетом стоимостного критерия.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Потоковая модель маршрутизации для произвольного числа линий связи и узлов в топологии моделируемой сети.

2. Модель структуры абонентской ТМС, обеспечивающей минимальное расстояние от подключенных абонентов до узлов коммутации.

3. Графовые модели для синтеза топологии магистральных сетей.

4. Метод определения пропускных способностей магистральных каналов связи, обеспечивающий минимальные задержки и оптимальное распределение информационных потоков в сети.

5. Стоимостной критерий при подключении абонентов удаленных районов с помощью средств проводной и спутниковой связи.

Практическая значимость. Создан комплекс программ, позволяющий произвести синтез структуры и параметров абонентской и магистральной частей ТМС, обеспечивающих оптимальное подключение абонентов к узлам коммутации с учетом времени задержки и распределения потоков в сети. Комплекс реализован в среде математического программирования МаОаЬ 7.13.

С его использованием получены оптимальная топология и параметры ТМС республики Йемен. Разработанный комплекс программ можно использовать для повышения эффективности передачи информации также и в

беспроводных сетях, если производить оптимизацию структуры по стоимости каналов, а не по расстояниям до узлов, как предложено в работе.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается корректностью использования потоковых моделей для описания процессов передачи информации в ТМС, графовых моделей для синтеза структуры абонентской и магистральной частей сети, постановки задач оптимизации функции нескольких переменных с учетом ограничений на пропускные способности каналов и сохранение потоков в промежуточных узлах сети. Моделирование процесса передачи информации от абонентов к региональным узлам коммутации ТМС республики Йемен подтвердило адекватность синтезированных структуры и параметров магистральной сети.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной заочной научно-практической конференции "Современные тенденции в науке: новый взгляд" (г. Тамбов, 2011 год), на международной научно-практической конференции "ХЬ Неделя науки СПбГПУ" (г. Санкт-Петербург, 2011 год), на международной конференции "Региональная информатика" (г. Санкт-Петербург, 2011 год), научных семинарах. Получен акт внедрения автоматизированной информационно-советующей системы расчета структуры и параметров ТМС на ЗАО "СвязьСтрой" (г. Тверь, 2014 год).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 5 публикаций в ведущих журналах из перечня изданий, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 77 наименований. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, содержит 39 рисунков и 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность решаемой научной задачи, сформулированы цель и задачи диссертационного исследования, определены предмет и объект диссертации, обоснована научная новизна, изложена практическая значимость, приведены данные об апробации и публикациях.

В первой главе рассмотрены основные тенденции и факторы развития инфокоммуникационных систем в нефтегазовой промышленности, в том числе для мониторинга чрезвычайных ситуаций и несчастных случаев, а также для ликвидации последствий несчастных случаев путем применения телемедицины. На основе их анализа приведена концепция развития телемедицинских услуг для обслуживания абонентов нефтегазовых компаний удаленных районов, проведен анализ существующих структурных решений, используемых при проектировании телемсдицинских систем, и основных проблем применения сетей телемедицины. Рассмотрены стандарты протоколов при передаче данных в телекоммуникационных системах, описаны основные демографические, географические и климатические факторы, влияющие на особенности разработки телемедиципских систем для республики Йемен. Проведен обзор

технологий передачи данных в телекоммуникационных сетях медицины существующих в республике Йемен.

Во второй главе разработана модель распределения нагрузки в каналах связи при разделении их на произвольное количество линий с использованием аналитических и численных оптимизационных методов в сети произвольной топологии.

Трафик, поступающий в сеть, состоит из сообщений, имеющих одинаковый приоритет, и образует пуассоновский поток со средним значением Уц [сообщений/сек] для сообщений, возникающих в узле / и предназначенных

М т

узлу у: У = ^

/=1

а пропускная способность каждой линии связи, соединяющей узлы / и у", равна [байт/сек] или Су - [сообщений/сек]. Важной характеристикой качества функционирования сети является средняя задержка сообщений в сети Т:

1 п п т

т^ТИТ^г (2)

У ¡=1 М Л;*

где ]]!к - суммарный поток [сообщений/сек], протекающий по к -му каналу линии связи (!,У), \гв\- матрица входных потоков; Цс^Ц- пропускные способности каналов. Задачей оптимизации является нахождение значений потоков Ц/^Ц, минимизирующих критерий Т при выполнении ограничений:

О < 4 < С№-с\ ¡ = \ji\j = й; к=и^ (3)

где е > 0 — достаточно малая величина.

Задача выбора оптимальных потоков в информационной сети по критерию средней задержки в случае альтернативной маршрутизации относится к классу многопродуктовых задач с выпуклой целевой функцией и выпуклым множеством ограпичений. Следовательно, существует единственный локальный минимум данной задачи, являющийся глобальным минимумом, для нахождения которого разработано достаточно большое число вычислительных методов.

Решение задачи балансировки нагрузки для произвольного количества каналов может быть получено с помощью аналитических методов оптимизации. Например, если известный входной поток у требуется разделить на три путевых потока /х,/2 м/3, то необходимо минимизировать целевую функцию:

т= Л -|--—— (4)

Сг ~ /г Сз~/з

с ограничением / = /, + /,+ /3. Используя условия Куна-Таккера для минимизации функции, получим решение в виде:

Л=То [г- (о+О - То (То+ Тс^ЩТо+То + То ];

Л = ТО [г ■- (с,+с3 - То ус, + То ))]Д4с, + ^+д/о ];

=То [} -(о+о -То (То+То ))]/[То + То+То]■

/з

По аналогии выражения оптимальных потоков для произвольного количества т линий связи будут определяться следующим образом:

Л=0,у>Ск, гдеа,=

™ _ " ,_

Хо-То-ХТо

/=1

(6)

Подразумевается, что входной поток данных меньше пропускной

т

способности сети: у Полученные соотношения можно распространить

ы

на все линии связи (г,у) в критерии (2), подставляя в (6) вместо /к и Ск соответственно и С1]к. Выражения (6) справедливы для частного случая сети, состоящей из двух линий связи.

Для реализации полученных при решении задачи оптимальной маршрутизации соотношений (6) в среде МаЛаЬ разработана программа analytic.ni, позволяющая по топологической структуре ИС, матрице входных потоков

и пропускным способностям ||0,*|| найти оптимальные потоки \fijk ||>г = 1>и>} - к=1 ,т для количества узлов п и линий связи т.

Предложенную модель оптимального распределения потоков в ТМС можно использовать для произвольного числа линий связи и узлов. Однако при наличии в топологии моделируемой сети промежуточных узлов необходимо также учитывать условия сохранения потоков для них. В этом случае для решения задачи необходимо использование численных оптимизационных методов.

Рассмотрим модель информационной сети (ИС) с альтернативной маршрутизацией сообщений. ИС состоит из п узлов коммутации и М каналов. Обозначим через (р1к,1 = 1,М;к = \,т информационные потоки по каналам с учетом того, что каждый канал может быть разделен на т линий связи. Основными характеристиками качества функционирования сети являются средняя задержка сообщения Г и максимальная загруженность Тх сети.

Тогда задачу оптимальной маршрутизации можно сформулировать следующим образом. По заданной топологической структуре ИС, значению

входного потока у и матрице пропускных способностей Си,г =1,Л/;Аг = 1,ти

необходимо найти оптимальные значения потоков \<р1к |. Минимизацию можно производить по двум вышеуказанным критериям Т и Тх:

7 .-1 м -<ра

при выполнении ограничений: 0 < <р!к < Сш -е; i = 1 ,М; к=1 ,т . (8)

Для узлов коммутации должно выполняться условие сохранения потоков:

о, 1*1, Л (9)

X, ' = Л

где Е - множество каналов связи; г - узел-источник; ] - узел-адресат; I -г и 1 = ] характеризуют соответственно узел-вход и узел-выход.

Рассмотрим пример сети, состоящей из п = 5 узлов и М = 7 каналов связи (рис. 1), в которой поступающий входной поток должен быть передан из узла 1 в узел 5. Пропускные способности каналов указаны на рисунке над линиями связи, а их номера - в круглых скобках.

г (5)

5

7

3 4

Рис.1.1опология моделируемой сети

Задача оптимизации критериев (7) относится к классу задач нелинейной оптимизации функции нескольких переменных с ограничениями типа неравенств (8) и равенств (9). Решение таких задач может быть эффективно осуществлено в среде МаЛаЬ с помощью функции /т'тсоп. Начальное приближение разделения потоков может быть определено с помощью функции linprog с учетом тех же граничных условий.

Ограничения типа равенств (9) являются условиями сохранения потоков для узлов коммутации и для приведенной на рис.2 сети будет выглядеть следующим образом: +<рг -<р7 =-у; -<рх + <р} + <р4 + ср5 = 0; -<р2-<р3 +<р6 =0; ~?>4 ~сРб+(Р1 = 0, где первые два равенства описывают условия сохранения потоков соответственно для узла-входа и узла-выхода, а остальные - для промежуточных узлов. С использованием методов Ма11аЬ можно найти оптимальные информационные потоки по каналам по критериям средней задержки сообщения Т и максимальной загруженности сети Тх. Для информационной сети, изображенной па рис. 1 и входного потока у - 40 результаты расчета оптимального распределения потоков представлены на рис.2 и 3.

2

2

3

4

3

4

Рис.2. Разделение потоков

по критерию задержки

Рис.3. Разделение потоков

по критерию загруженности

При оптимизации по критерию задержки оптимальное значение критерия Т — 0,2029, но критерий загруженности сети 7| = 1 (полностью загружен канал 5). При оптимизации по критерию загруженности 7] = 0,8113, но Т = 0,3295, то есть больше, чем в первом случае.

Таким образом, предложенная модель оптимального распределения потоков в ИС позволяет на основе численных и аналитических оптимизационных методов для произвольных топологии сети и количества каналов связи произвести оптимизацию по критериям средней задержки и максимальной загруженности сети. Она учитывает условия сохранения потоков для промежуточных узлов сети. Оптимизация по критерию максимальной загруженности позволяет обеспечить наиболее сбалансированную загруженность каналов ТКС и повысить качество обслуживания.

В третьей главе произведен обзор базовых компонентов ИКСТМ и обоснована необходимость их разделения на абонентскую и магистральную части. В связи с этим задачи синтеза абонентской (АС) и магистральной сети (МС) решаются последовательно.

Синтез топологической структуры является одной из основных задач при проектировании компьютерной сети и состоит в выборе оптимальной схемы соединения АС и узлов коммутации (УК), пропускных способностей линий связи и оптимальных маршрутов передачи информации. Выбор топологической структуры обычно осуществляется по критерию минимума суммарной годовой аренды каналов связи при наличии ограничений на время задержки, загрузку каналов связи и надежность передачи информации.

В работе предложен метод решения задачи подключения абонентов к ближайшим узлам коммутации и расчета пропускных способностей абонентских каналов связи. Пусть Х = {х1},1с = 1,г — множество абонентов; У = {у,},1 = 1,п — множе-ство узлов коммутации; 6кпк = 1,г; 1 = 1 ,п - матрица расстояний от к-го абонента до г-го узла рассматриваемой сети, где г -количество абонентов; п - количество узлов. Основным ограничением задачи синтеза структуры абонентской сети является то, что каждый абонент хкеХ может быть подключен только к одному узлу коммутации у • б 7. Введем:

1, если абонент хк подсоединен к узлу у,; 0 в противном случае.

Тогда ограничения рассматриваемой задачи примут вид: = \,к = \,г, (11)

а задача синтеза сводится к минимизации суммы расстояний от абонентов до узлов с учетом того, что каждый абонент присоединяется к одному узлу коммутации. В этом случае для решения задачи синтеза необходимо найти

г п

минимум следующего критерия: F = • dki -» min . (12)

*=i i=i

Задача оптимизации критерия (12) является задачей линейного целочисленного программирования с ограничениями типа равенств (11). Решение таких задач может быть эффективно осуществлено в среде MatLab с помощью функция bintprog. Для решения задачи необходимо перейти от набора zh, k = 1,г; i = 1,п к одномерному массиву неизвестных z{J,j = 1, г -п. От матрицы ||db|| также переходим к одномерному массиву.

На рис.4 приведены результаты синтеза абонентской части ТМС республики Йемен на основе вышеизложенных методов целочисленного программирования в среде Matlab.

® <15 ®4»14,\(.'

Л ™! и? а ^iEsafc&a©

0 /\ о„ I © ^

т^®« / ч /9,и "|1 ;» -ч

ö ' ч >V^W"'^®

9 ,4)© „--^от-? O^eS-'^'AiK,. ^^О ®

®VI®, э

ä 1081 N у & ^ 1 f t«J —■

n © | / —. """(г^'Абем

v ' . 23,'

©

Рис. 4. Структура АС республики Йемен, полученная в результате синтеза

Расстояния от абонентов до узлов коммутации на рис.4 приведены над полученными линиями связи, а возможные магистральные каналы показаны штриховыми отрезками. Решение задачи синтеза структуры абонентской сети республики Йемен в среде Ма11аЬ представляет собой массив - 1 = 1,п подключений абонентов к узлам. В круглых скобках показаны спроектированные пропускные способности абонентских каналов связи для критерия максимальной загруженности сети 7] = 0,8.

Задачей синтеза на этапе проектирования магистральных телемедицинских сетей является выбор оптимальной топологии (соединения узлов коммутации), маршрутов и пропускных способностей линий связи. В связи с этим при разработке модели структурно-функционального синтеза МС удобно использовать методы решения оптимизационных задач с помощью теории графов или сетей.

Описание графа магистральной сети, как совокупности узлов коммутации и соединяющих их каналов связи, для магистральной сети республики Йемен (рис.4) производится в среде Matlab с помощью функции sparse, а решение задачи синтеза МС республики Йемен по критерию расстояния - с использованием функции graphshortestpath.

На основании полученных оптимальных маршрутов прохождения информации от УК к РУК 17 (Сана) и 18 (Аден) сформирована структура МС республики Йемен, показанная на рис.7

Рис.5. Синтезированная структура МС республики Йемен

По суммарным информационным потокам yJ,j — \,n, поступающим в

магистральную сеть, можно найти оптимальные пропускные способности магистральных каналов. Для этого можно использовать вышерассмотренную модель МС с альтернативной маршрутизацией сообщений. По заданной топологической структуре ИС, значению входного потока у и матрице

пропускных способностей Сик, /' = \,М\к = \,т необходимо найти оптимальные

значения потоков Минимизация производится по критериям Г и Тх:

1 М m

9ik

-> min; 7} = max

<P*

\ Cm J

,i = l,M;k =\,mmin (13)

У ,=1 *=1 Сы -<рл

при выполнении ограничений: 0 <<рл < Сш -е\ г = 1,М;к = 1,т. (14)

Для того, чтобы не допустить потери пакетов на сетевых узлах и в сети в целом, необходимо обеспечить выполнение условий сохранения потока (9).

Изображенная на рис.5 магистральная сеть республики Йемен состоит из п = 18 узлов и М = 26 каналов связи. При поступлении нагрузки в виде безприоритетного трафика входные потоки от абонентов у .,7 = 1,и должны

быть переданы через соответствующие узлы к РУК. При этом необходимо минимизировать критерий Тх в (13) при выполнении ограничений (9) и (14).

Задача оптимизации критерия Т{ относится к классу задач нелинейной оптимизации функции нескольких переменных с ограничениями типа неравенств (14) и равенств (9), и ее решение может быть получено в среде МаЛаЬ с помощью функции/,тпсоп.

Нахождение оптимальных информационных потоков в магистральных каналах связи можно производить по критериям средней задержки сообщения Т и максимальной загруженности сети Т{. Начальное приближение разделения потоков может быть определено с помощью функции linprog при вышеуказанных граничных условиях. При передаче информации в магистральной сети от УК к РУК многократно решается оптимизационная задача для узлов-входов УК 1 = 1,}!-^ и узлов-выходов РУК ¿ = п-п1+],п, где и, = 2 - число региональных узлов коммутации (суперцентров) по критерию максимальной загруженности сети Тх. С учетом 70 %-го запаса, матрица пропускных способностей каналов связи ||С1(|| получается в виде |24 10 14 24 24 16 22 24 23 18 199 16 18 5 3 172763 8 8 18 17 22 27|.

Пример передачи информации при прохождении сообщения от 7-го УК (Хадрамаут) к 17-му РУК (Сана) приведен на рис.6.

Рис.6. Прохождение информации от 7-го УК (Хадрамаут) к 17-му РУК (Сана)

Рисунок 6 показывает пути прохождения информационных потоков от магистральных узлов к суперцентрам и подтверждает условия сохранения потоков для каждого УК. Оптимизация по критерию максимальной загруженности позволяет сбалансировать распределение информационных потоков в каналах ТКС и повысить качество обслуживания.

В четвертой главе обоснована возможность совместного использования проводной и спутниковой связи при синтезе абонентской телемедицинской сети республики Йемен.

С учетом относительной недоступности поселений удаленных районов республики Йемен не все из них могут быть соединены с крупными городами средствами проводной связи, в связи с чем важную роль приобретает передача информации с использованием беспроводных технологий, в частности, спутниковой связи.

Для расчета тарифа проводного канала 5 (у.е.) можно использовать его

степенную зависимость от расстояния между абонентским пунктом и узлом коммутации й? (км) и информационного потока по каналу связи <р (кбит/с):

¿>лр = Для удаленных районов Йемена при расчете тарифа провод-

ного канала необходимо ввести в вышеприведенную формулу корректирующий коэффициент Кн, зависящий от высоты расположения пункта Я(м):

$пр-4,4К„^<ра-а\ (15)

Исходя из высоты расположения районов республики Йемен для расчета коэффициента Кн можно предложить следующую зависимость:

Кн = {1, Н < 100; 1 + (Я -100)/500, Н>100. (16)

Тариф спутникового (беспроводного) канала 5СЛ (у.е.) зависит только от информационного потока по каналу связи (р: 8сп= 75,81(р>,1т. (17)

При выборе способа подключения абонента через проводную сеть или спутник необходимо руководствоваться наименьшим из стоимостных критериев (15) и (17).

Ограничения задачи имеют вид (11), характеризующий возможность подключения каждого абонента к единственному узлу коммутации, но оптимизационная задача изменяется и сводится к минимизации критерия:

(18)

Оптимизация критерия (18) при решении задачи целочисленного программирования может быть произведена в среде Ма1:ЬаЬ с помощью функции Ыntprog. Тип обслуживания абонента выбирается по наименьшей стоимости подключения (проводного 5" или спутникового Бсп).

На рис.9 представлено графическое изображение подключений абонентов к узлам коммутации ТМС республики Йемен. Каждый из абонентов подсоединен к единственному узлу сети через проводной (прямая) или спутниковый (кривая) каналы связи. Числа у кружков абонентов характеризуют высоты расположения соответствующих районов над уровнем моря.

Так как предложенный метод оптимального подключения абонентов реализован на основе численных оптимизационных методов МаОаЬ, то его можно использовать при произвольной топологии магистральной сети и любом количестве абонентов и каналов связи.

Рис.9. Структура ЛС республики Йемен при выборе средства связи

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана потоковая модель маршрутизации для произвольного числа линий связи и узлов в топологии моделируемой сети с учетом сохранения потоков в промежуточных узлах, позволяющая минимизировать задержки в сети или ее загруженность.

2. Разработан метод синтеза топологической структуры абонентской ТМС, обеспечивающий минимальное расстояние от абонентов до узлов коммутации при условии, что каждый абонент подключен к одному узлу.

3. Произведен расчет пропускных способностей абонентских каналов связи ТМС республики Йемен по предполагаемым информационным потокам.

4. Разработан метод синтеза топологической структуры магистральной сети, содержащей кратчайшие пути прохождения информации от узлов сети к региональным узлам коммутации.

5. Предложен метод определения пропускных способностей магистральных каналов, обеспечивающий эффективную передачу телемедицинской информации от узлов сети к РУК с минимальной средней задержкой и оптимально сбалансированной загруженностью сети.

6. Создан комплекс программ для автоматизированного синтеза абонентской и магистральной структур ТМС и определения пропускных способностей магистральных каналов связи.

7. Произведен синтез структуры абонентской сети республики Йемен по стоимостному критерию с учетом возможности подключения абонентов удаленных районов добычи нефти и газа с помощью средств проводной и спутниковой связи.

В результате внедрения полученных результатов эффективность оказания медицинской помощи сотрудникам возросла на 13%, что привело к росту производительности предприятий нефтегазовой промышленности.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых журналах,

рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:

1. Музанна, М.М. Оценка эффективности сетей доставки контента / М.М. Музанна, Б.А. Аль-Таяр, С.А. Яковлев // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2012.-№2.-С. 45-49.

2. Музанна, М.М Решение задачи оптимальной маршрутизации по критерию средней задержки / М.М. Музанна, Б.И. Марголис // Программные продукты и системы. - 2013. - № 3. - С. 202-205.

3. Музанна, М.М. Решение задачи оптимальной маршрутизации по критерию загруженности сети / М.М. Музанна, Б.И. Марголис, Г.А. Дмитриев // Программные продукты и системы. - 2013. - № 4. - С. 173-176.

4. Музанна, М.М. Синтез структуры абонентских телекоммуникационных сетей/ М.М. Музанна, Б.И. Марголис, Г.А. Дмитриев // Программные продукты и системы,-2014.-№ 1.-С. 158-162.

5. Музанна,М.М. Сиптез структуры магистральных телекоммуникационных сетей /М.М. Музанна, Б.И. Марголис // Программные продукты и системы. -2014.-№ 1.-С. 162-168.

Публикации в других изданиях:

6. Музанна, М.М. Модель адаптивной маршрутизации на основе прогноза интенсивности трафика / М.М. Музанна, Б.А. Альтаяр// Современные тенденции в пауке: Новый взгляд : Сб. науч.тр. по материалам Международной заочной научно-практической конференции, Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2011. - № 8.-С. 91.

7. Музанна, М.М. Методика построения сети доставки контента / М.М. Музанна, Б.А. Аль-Таяр// Современные тенденции в науке: новый взгляд: сб. науч. тр. по материалам Международной заочной научно-практической конференции, Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2011.- № 8. - С. 10-11.

8. Музанпа, М.М. Критерии эффективности внедрения сетей доставки контента/ М.М. Музанна, Б.А. Аль-Таяр, С.А. Яковлев // XL Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. Ч. VIII. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2011,- С. 146-147.

9. Музанна, М.М. Оптимальный выбор места размещения узлов сети/ М.М. Музанна, Б.А. Аль-Таяр, С.А. Яковлев // XL Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. Ч. VIII. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2011.- С. 147-148.

10. Музанна, М.М. Особенности реализации сетей доставки контента в сфере телемедицины / М.М. Музанна, Б.А. Аль-Таяр, С.А. Яковлев // Проблемы подготовки кадров в сфере инфокоммуникационных технологий. Санкт-Петербургская научно-практическая конференция. Санкт-Петербург: Сборник трудов конференции / СПОИСУ. - Спб., 2011. - С. 83.-85.

Мохаммед Мохсен Али Музанна

Повышение эффективности функционирования предприятий нефтегазовой промышленности на основе применения ипфокоммуникационных систем телемедицины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Технический редактор Ю.Ф. Воробьева

Подписано в печать 04.02.15 ~ "

Тираж 100 экз. Формат 60x84/16 Заказ №10

Печ. л. 1,25__Усл.печ.л. 1,16 Уч.-изд. л. 1,09

Редакционно-издательский центр Тверского государственного технического университета 170026, г. Тверь, наб. А. Никитина, д. 22