автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Имитационное моделирование при проведении компьютерных командно-штабных военных игр

На правах рукописи

ЯМПОЛЬСКИЙ ЛЕОНИД СЕМЕНОВИЧ

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ КОМПЬЮТЕРНЫХ КОМАНДНО-ШТАБНЫХ ВОЕННЫХ ИГР

Специальность: 05.13.18 - Математическое моделирование,

численные методы и комплексы программ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ульяновск- 2003

Работа выполнена на кафедре «Вычислительная техника» Ульяновского государственного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Соснин Петр Иванович (УлГТУ).

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кумунжиев Константин Васильевич (Ульяновский государственный университет)

кандидат технических наук Гаврющенко Александр Павлович (Ульяновский филиал военного университета связи)

Ведущая организация: Военный университет войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации, г.Смоленск

Защита состоится 1 октября 2003 года на заседании диссертационного совета Д 212.277.02 при Ульяновском государственном техническом университете по адресу:

432027, г Ульяновск, ул.Северный Венец, 32 , аудитория №211. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "_" августа 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.277.02 доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Результаты анализа военных конфликтов, а также основных положений военных доктрин и взглядов военных специалистов стран НАТО на боевое применение средств воздушного нападения (СВН) обусловливают возрастание требований к должностным лицам органов управления войсковой ПВО по обеспечению надежного прикрытия войск и объектов.

Одним из эффективных подходов к нетрадиционному решению задач оперативной и боевой подготовки командного состава в сложившихся условиях является использование вычислительной техники и достижений в области имитационного и математического моделирования систем и процессов управления. Анализ проводимых исследований показал, что рассмотренные подходы к реализации компьютерных форм оперативной подготовки (КФОП), разновидностью которых являются командно-штабные военные игры (КШВИ), с технической точки зрения предусматривают широкое использование вычислительных сетей на базе персональных ЭВМ.

При реализации КФОП, по сравнению с существующими АСУ войсками, изменяются типы каналов информационного обмена и сокращается их количество, фактически происходит трансформация информационной топологии реальных АСУ в локальную вычислительную сеть. Кроме того, возникает необходимость моделирования по одному информационному каналу информации различных типов, под которые в реальных АСУ выделены отдельные независимые каналы. Вместе с тем, необходимо обеспечить соответствие задач, решаемых в ходе компьютерных КШВИ (ККШВИ), логике работы реальных органов управления, а также оперативность и функциональную полноту их реализации. Кроме того, специфика проведения ККШВИ определяет необходимость решения ряда дополнительных задач, связанных с реализацией функций подыг-рыша и контроля действий участников игры. Эти особенности информационного обмена при проведении компьютерных КШВИ приводят к увеличению загруженности локальной сети и интенсивности потоков данных, циркулирующих в ней. В связи с этим, возникает необходимость управления указанными потоками данных с учетом логики, функциональной направленности и приоритетности решаемых в ходе игры задач, а также зависимости ценности обрабатываемой информации от времени задержки на ее обработку. При реализации компьютерных КШВИ с использованием системы имитационных моделей, изменяются типы каналов информационного обмена и сокращается их количество.

Сравнительный анализ возможностей существующих средств диспетчеризации по управлению информационным обменом применительно к задачам, решаемым при проведении компьютерных КШВИ, показал, что они не обеспечивают качественного решения указанных запад Поэтому, возникает необхо-

ОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

димость разработки специализированных средств управления информационными процессами, протекающими в ходе компьютерных КШВИ. В качестве такого средства предлагается использовать диспетчер управления информационными процессами (ДУИП), под которым в работе понимается программное средство, определяющее порядок протекания процессов в вычислительной сети в соответствии с принятыми соглашениями и ограничениями по функциональным, логическим и временным аспектам их реализации.

Существующий методический аппарат разработки средств диспетчеризации обеспечивает создание специализированных средств управления информационным обменом в вычислительных сетях, но не позволяет использовать его для разработки ДУИП. В связи с этим возникает противоречие между необходимостью разработки средств управления информационными процессами, обеспечивающих техническую реализацию ККШВИ, и технологическими возможностями существующего методического аппарата по созданию таких средств.

Учитывая данные обстоятельства, а также перспективу возможного расширения перечня решаемых в ходе ККШВИ задач, представляется актуальным решение задачи разработки комплексного методического аппарата проектирования диспетчера управления информационными процессами, обеспечивающего повышение эффективности управления ими с учетом специфики,ре-шаемых в ходе компьютерных КШВИ задач.

Объект исследований. Роль объекта исследований в диссертационной работе возложена на отработку функций ПВО в процессах командно-штабных учений (КШУ), проводимых в человеко-компьютерной среде.

Основные установки и идеи. На выбор предмета исследования и направления работы оказали влияние следующие установки:

У1. Командно-пггабные учения допускают их интерпретацию в виде спе-цефического класса военных игр, что открывает доступ к теоретическому и практическому опыту игр, в том числе и к опыту разработок развлекательных военных игр.

У2. Любую версию реализации аппаратно- программной поддержки КШУ следует строить в форме клиент-серверного приложения для локальной вычислительной сети.

Такие установки привели автора к идее исследовать методы и средства компьютерной поддержки функций ПВО в процессах КШУ в контексте игровой интерпретации КШУ, использующей имитационное моделирование исполняемых действий.

Предмет исследований. Предметом исследования является специализированная аппаратно-программная оболочка, поддерживающая процессы КШВИ, в которой функции управления и оценки хода игры сосредоточены

только на защитных функциях ПВО и закрыты от воздействия участников КШВИ.

Направление исследований. Направлением исследований в работе является прменение специализированного программного продукта в КШВИ в контексте имитационной модели защитных функций ПВО на "шаге игры".

Цели и задачи исследований. Основная научная цель работы связана с поиском теоретического обобщения реализации защитных функций ПВО в процессе КШВИ, управления условиями их прменения , оценивания их результативности и достижения требуемых обучающих эффектов.

Основная практическая цель связана с разработкой эффективной системы диспетчирования в клиент-серверной среде, обслуживающей проведение КШВИ. Достжение отмеченных целей требует решения следующих основных задач:

1. Разработать и исследовать имитационную модель КИТУ, раскрывающую подготовку, исполнение и оценивание защитных функций ПВО в контексте игровой интерпретации КШУ.

2. Разработать и исследовать систему коммуникации, учитывающую структуру составного субъекта учений и ролевые функции каждого из участников учения.

3. На базе спецификаций имитационной модели КШУ разработать систему диспетчирования, обеспечивающую управление информационными потоками и их обработку на оперативно-такгаческом уровне.

Метод исследований. Сущность метода исследований определена как управляемая комбинаторика методов и средств имитационного моделирования, теории и практики игр, искусственного интелекта и алгоритмизации.

Научная новизна

1. Предложена и исследована имитационная модель КШУ с игровой интерпретацией действий участников учений, обеспечивающая интегрированное представление защитных функций ПВО и спецификаций аппаратно-программного комплекса, обслуживающего проведение учений.

2. Разработана и исследована система структурных , функциональных и информационных спецификаций клиент-серверной реализации КШВИ, учитывающая динамику процессов, в том числе и коммуникативных, в реальном времени.

Достоверность. Теоретическая достоверность полученных результатов подтверждается формулировкой основных положений диссертации на основе достоверных знаний из области прикладной информатики, имитационного моделирования и теории игр.

Эксперементальные подтверждения достоверности получены при разработке на базе имитационной модели M(t) клиент-серверной реализации КШВИ и ее испытаний.

Практическая ценность

В состав практических результатов, полученных в диссертационной работе входят:

- системы методов и средств диспетчирования оперативно-тактических действий в процессах КШУ;

- база знаний об основных действиях участников КШВИ, построенная и реализованная по образцу библиотек продукций экспертных систем;

- адаптация и настройка сетевой версии вопросно-ответного процессора • WIQA к специфике информационно-коммуникативных процессов КШВИ;

- система методов и средств оценивания информационных потоков в клиент-серверной реализации КШВИ.

Реализация и внедрение

Для аппаратно-программной поддержки КШВИ разработана система программных средств, в основу которых положена клиент-серверная реализация вопросно-ответного процессора WIQA, настроенного на командно-штабную структуру коллектива пользователей.

Построенная система имитационных моделей и разработанный ДУИП были внедрены в 726 учебном центре войсковой ПВО ВС РФ для проведения КШВИ с использованием локальной сети в августе 2002 года. На защиту выносятся

1. Имитационная модель КШУ с игровой интерпретацией действий как интегрированный источник спецификаций для аппаратно-программных средств поддержки КШВИ, учитывающий реалии времени учений.

2. Комплекс прграммных средств с клиент-серверной структурой, объединяющий методы и средства имитационного моделирования, теории и практики игр, экспертных систем и систем диспетчирования.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на военно-научных конференциях, проводившихся в ВУ войсковой ПВО ВС РФ и его филиале в период с 2000 по 2003 год, на Всероссийских научно-технических конференциях, (см. список публикаций) Структура и объем работы.

Содержание работы и ее логику раскрывает введение, смысл которого раскрыт выше, 4 (четыре) главы .описания, заключение и 2 (два) приложения. Содержит 177 страниц основного текста, 38 рисунков. Список литературы состоит из 23 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и дана ее общая характеристика.

В первом разделе изложены вопросы, характеризующие особенности организации и проведения компьютерных КШВИ. Приведены требования, предъявляемые к технической реализации таких учений. Проведен анализ информационных процессов, протекающих при проведении ККШВИ и возможностей существующих ЛВС по их реализации. Дано понятие модели и имитационной модели в частности, проанализированы свойства создаваемой модели, определено назначение системы имитационных моделей. Обоснована необходимость управления информационными процессами и в связи с этим использования соответствующего диспетчера управления (ДУИП). Приводятся условия возникновения и характеристика противоречий, связанных с необходимостью разработки методического аппарата, обеспечивающего создание средств управления информационными процессами, протекающими при проведении ККШВИ. Формулируется задача исследований.

В результате сравнительного анализа информационных процессов, протекающих в АСУ войсковой ПВО и при проведении компьютерных КШВИ, все решаемые в ходе компьютерных КШВИ задачи стратегического, оперативного и тактического уровней были сведены к ограниченному перечню функций, определяющих соответствующие информационные процессы. Указанный перечень функций, входящих в состав функционального обеспечения КШВИ, приведен в табл. 1. Подмножество внешних функций направлено на обеспечение обработки запросов, поступающих от прикладных процессов, возникающих при реализации функциональных задач в ходе компьютерных КШВИ. Подмножество внутренних - реализует обработку запросов и сообщений от операционной системы, в среде которой функционирует ДУИП, а также подсистем административного управления и функциональных модулей диспетчера.

Проведен анализ возможностей использования существующих подходов к управлению информационным обменом в ЛВС и к разработке соответствующих средств управления. В качестве базовой технологии реализации информационных процессов, протекающих при проведении компьютерных КШВИ, исследовалась технология "клиент-сервер" как обеспечивающая наиболее полную реализацию решаемых в ходе учений задач, включая управление обработкой информации на уровне полей баз данных (БД).

Проведенный анализ позволил выявить противоречие между необходимостью решения задачи проектирования средств управления информационными процессами, протекающими в ходе ККТТТВИ, и возможностями существующего методического аппарата по проектированию таких средств.

Таблица 1

Перечень функций, реализуемых при управлении информационными процессами в ходе ККШВИ

Набор Функций Имя функции Описание функции

I. Подмножество внешних функций /п Обработка запроса на запись информации о районе боевых действий в локальные БД АРМ

/п Обработка запроса на запись информации об участвующих войсках в локальные БД АРМ

/13 Обработка запроса на запись информации о расположении и состоянии сил и средств сторон в общую БД

/н Обработка запроса на запись информации по исходным и частным оперативным обстановкам в локальные БД АРМ

/15 Обработка запроса на выдачу данных из общей БД в моделирующий комплекс для их обработки

/16 Обработка запроса на запись результатов моделирования в общую БД

/17 Обработка запроса на передачу сигнала боевого управления на нижестоящее АРМ

/18 Обработка запроса на выдачу сигнала состояния органа управления на вышестоящее АРМ

/19 Обработка запроса на передачу формализованного документа на нижестоящее АРМ

/по Обработка запроса на передачу формализованного документа на вышестоящее АРМ

/ш Обработка запроса на передачу "квитанции" о приеме формализованного документа

/112 Обработка запроса на выдачу нормативно-справочной информации на АРМ

/из Обработка запроса на запись в общую БД информации объективного контроля

/114 Обработка запроса на передачу административной информации при конфигурации АРМ

II. Подмножество внутренних ' функций /21 Обработка сообщения операционной системы о занятости требуемого ресурса

/п Обработка сообщения операционной системы о недоступности требуемого ресурса

/23 Обработка сообщения операционной системы об успешном завершении операции

/24 Обработка сообщения операционной системы о неудачном завершении операции

При этом определен перечень нерешенных задач при использовании существующего аппарата.

С учетом изложенного, научная задача исследования конкретизируется как разработка имитационной модели КШВИ, как источника спецификаций системы аппаратно-программных средств поддержки КШВИ, в том числе методического аппарата проектирования диспетчера управления информационными процессами, обеспечивающего повышение эффективности управления ими с учетом специфики решаемых в ходе компьютерных КШВИ задач.

Во втором разделе предлагается и исследуется игровая модель команд-но-пггабных военных учений, позволяющая перенести такой вид деятельности в человеко-компьютерную среду. В привязках к типологии игр разработанная модель командно-штабной военной игры относится к классу с признаками «коалиционная», «антагонистическая», «динамическая», «позиционная», «конечная» и «с ненулевой суммой».

В игру вовлечены две коалиции А и В, одна из которых определена в деталях с учетом ролевых функций членов коалиции, а вторая обобщенно, в основном через воздействия на ход игры. Организационная структура первой коалиция (как составного субъекта А) имеет иерархическую структуру и определена графом СА (А,II), где: А={ш}- множество вершин графа, за которыми стоят члены коалиции А; и={щ} - система связей вершин, моделирующая отношения подчинения и коммуникации.

В конкретном акте игры принимают участие две совокупности фигур Р*={Г\}и Рв={^г} коалиций А и В соответственно. Фигуры множеств и Р :

- принадлежит базовому множеству фигур Р={ГЧ}, элементы которого ^=(81, &п) заданы через их атрибутику, отражающую типологию и характеристики фигур;

- их оперативная атрибутика дополнена групповыми связками и геоинформациошшми характеристиками, в частности, их координатами на поле игры, месторасположением и зонами боевой ответственности.

Кроме того, с каждой из фигур, включенных в процесс игры связан числовой атрибут «степень боеспособности», значение которого (например сАк) , используется в действиях с «ценой игры», то есть в оценках успешности (или безуспешности) игровых актов. Для вычислений интегральной степени боеспособности коалиции А используется линейная форма С-а1СА1+а2СА2+ ... +а„с „• Степень боеспособности коалиции В оценивается опосредованно через характеристики боеспособности у коалиции А после совершения каждого игрового акта.

В реализации КШВИ используется следующий учет неопределенности:

дая коалиции В перед «атакой» известны только геоинформационные характеристики фигур коалиции А;

для коалиции А перед «атакой» известны только фигуры коалиции В, которые она потенциально может ввести в действия игрового акта.

В реализации игры акцент сосредоточен только на защитных функциях специальных фигур, которые вводит в действие коалиция А. Для каждой из таких фигур определены «зона поражения» и вероятность сохранения боеспособности для каждой из защищаемых фигур. Фигура, предназначенная для исполнения защитных функций, может защищать и себя. Если какая-то из фигур находится под защитой двух или более фигур, рассчитывается интегральная вероятность сохранения боеспособности.

Разработана система продукций (приложение №2), применение которых обеспечивает исполнение боевых распоряжений, включающих действия по изменению расположения фигур на поле игры. Для представления продукций используется логическая схема, включающая проверки их применимости не только с позиции предусловий, но и с позиции мотивов и целей.

Акцент только на защитных функциях и потерях, причем только для коалиции А, позволяет переложить игровые функции коалиции В на специализированную систему управления, и, в то же время, и оценивания результатов игровых актов. Проведен анализ реализации КШВИ в клиент-серверной среде локальной сети.

Рис.1 Размещение фигур по полю игры в компьютерном варианте

В третьем разделе проводится анализ и специфицирование диспетчера КТТТВИ с позиций динамики информационных процессов. Внимание сосредоточено на эффективности управления информационными потоками, а не на игровых аспектах и содержании действий.

Имитационная модель с игровой интерпретацией использована как источник спецификаций клиент-серверного приложения. Проведено сопоставление разработанной системы спецификаций со спецификациями сетевой версии вопросно-ответного процессора WIQA (Working In Questions and Answers). По результату сопоставления принято решение использовать процессор WIQA как базу для реализации ККШВИ, настроив его на специфику КШВИ. Настройки проведены для: подсистемы регистрации командно-штабной структуры и ее авторизации для конкретного распределения полномочий; подсистемы коммуникации, учитывающей специфику подготовки боевых распоряжений, их передачи для исполнения и контроля за исполнением; подсистемы регистрации действий (продукций) как задач (в вопросно-ответной среде развития игры); подсистемы визуализаций в функциях мониторинга и для целей разбора игры и включения обучающих режимов.

В действиях по адаптации процессора WIQA к его использованию в КШВИ были включены: выделение стратегического, оперативного и тактического уровней в информационных процессах; включение в состав процессора подсистемы диспетчера, функции которого согласованы с иерархией информационных потоков. Необходимость исследования информационных потоков и оценивания их рациональности обусловлены тем, что одним из вариантов КШВИ является ее проведение в полевых условиях, когда локальная сеть является временной, использует штатные средства связи и наследует все проблемы, вызванные прокладыванием каналов оперативной связи на местности.

Для формального описания информационных процессов использован аппарат теории графов и матричного исчисления. Первый позволяет наглядно представить порядок решения функциональной задачи и описать его соответствующей матрицей смежности, второй - предоставляет возможность выполнения алгебраических операций над такими матрицами. Для каждого процесса строится информационный граф, вершинами служат состояния процесса, которые соединяются дугами в том случае, если существуют события, обеспечивающие переход между ними без каких либо промежуточных результатов. На t основе графа строится соответствующая ему матрица смежности, являющаяся

его компактной моделью.

Вариант формального представления информационного процесса fn, реализующего функциональную задачу записи информации об участвующих войсках в локальную базу данных АРМ, представлен на рис. 2., а порядок его протекания - в таблице 2.

Таблица 2

Таблица переходов информационного процесса /и

Вер шина Состояние процесса Причина перехода к текущему состоянию Откуда Куда

1 Исходное состояние Процесс завершен 8 2

2 Формирование запроса Вызов подпрограммы процессом № 14 1 3

- 3 Проверка занятости требуемых ресурсов Запрос сформирован Запрос ожидает освобождения ресурсов 2 4 4, 5,7

■ 4 Ожидание Занят ресурс 3 3

5 ' Передача данных по запросу Требуемые ресурсы позволяют обслужить запрос Ошибка (сбой) при приеме данных 3 6 6

6 Проверка правильности приема данных по запросу Завершение передачи данных по запросу 6 5,7

7 Запись информации в локальную базу данных Данные приняты без ошибок 6 9

8 Формирование сообщения о невозможности совершения операции Требуемые ресурсы недоступны 3 9

9 Завершение процесса Данные записаны в локальную базу данных Обслуживание запроса невозможно 7 8 1

В ходе проведенных исследований было выбрано и обосновано понятие эффективности управления информационными процессами, протекающими при проведении компьютерных КШВИ.

Под эффективностью управления информационными процессами при проведении ККШВИ предлагается понимать такую реализацию алгоритмов управления обработкой запросов в сети, которая при минимальных временных затратах на их обработку обеспечивала бы логическое соответствие выбранных алгоритмов и функциональную завершенность решаемых в ходе учений задач.

1 23456799

01 ооооооо" 001000000 0 0 0 1 1 0 0 1 0 001000000 000001000 0 0 0 0 1 0 1 0 0 000000001 000000001 10000000 0_

Рис. 2 Вариант формального представления информационного процесса /ц, реализующего функциональную задачу записи информации об участвующих войсках в локальную базу данных АРМ

Таким образом, при оценке эффективности управления информационными процессами можно выделить три аспекта их реализации: логический, функциональный и временной. Следовательно, эффективность управления информационными процессами есть функция от параметров, характеризующих указанные аспекты. Общая структура показателей эффективности управления информационными процессами и порядок их определения представлены на рис. 3.

Рис. 3 Структура оценки эффективности управления информационными процессами

Частный показатель эффективности И* характеризующий логический аспект реализации информационных процессов, определяется путем сравнения кода поступившего запроса Хк с номером выбранного частного алгоритма управления А^. Управление в логическом аспекте считается эффективным в случае их однозначного соответствия, ~ 1. Формально данное правило может быть представлено зависимостью

ь [1, если Хк - Ык - 0, управление эффективно,

^ , , ... -------------- (

[О, если Хк-Ик* 0, управление неэффективно.

Частный показатель эффективности И^, характеризующий функциональный аспект реализации информационных процессов, определяется путем сравнения матриц смежности, характеризующих требуемый А\ и реальный А2 порядок решения функциональной задачи. Управление в функциональном аспекте считается эффективным в случае обеспечения однозначного соответствия требуемого и реального порядков протекания информационных процессов. Формально данное правило может быть представлено зависимостью

р [1, если Щ- \Л21 = |0|, управление эффективно,

Ж = 111111

(О, если Ц | -1Ф |0|, управление неэффективно.

Эффективность управления информационными процессами применительно к временному аспекту их реализации определяется временем решения функциональных задач. При этом частный показатель эффективности может быть записан в виде функционала

(3)

<=1

где о., - штраф за единицу времени ожидания заявки г'-го типа, Л, - интенсивность г-го потока заявок, Т} - средняя длительность ожидания в очереди 1-х заявок, п - количество типов заявок.

Значение представляет собой величину среднего суммарного штрафа вследствие ожидания заявок до начала их обработки за единицу времени. Управление информационными процессами в данном аспекте считается эффективным при стремлении функционала к своему минимальному значению.

Вопросы интерпретации заявок в терминах и средствах массового обслуживания из интересов диссертации исключены. Использовано обслуживание заявок, встроенных в процессор \VIQA, а длительность ожидания определяется через реальные временные характеристики обслуживания запросов.

Таким образом, управление информационными процессами будет эффективно, если соблюдаются логический и функциональный аспекты управления информационными процессами при минимальном суммарном штрафе за задержку обработки заявок. Формально данное правило представлено выражением (4).

Ф _ jl, если WL • WF = 1 и WT -> min, управление эффективно, ^ [О, в противном случае, управление неэффективно.

Таким образом, предлагаемая методика оценки эффективности управления информационными процессами включает в себя этапы определения частных и интегрированного показателей эффективности.

На основе анализа перечня функций, реализуемых информационными процессами под управлением диспетчера, и предлагаемых методик была определена структура диспетчера управления информационными процессами.

В соответствии со спецификой решаемых в ходе компьютерных К1ПВИ задач, диспетчер управления информационными процессами структурно подразделяется на центральную (серверную) и терминальную составляю-щие.(рис.4)

Рис. 4 Структурно-логическая схема ДУИП

В соответствии с указанной схемой диспетчера управления информационными процессами, в диссертационной работе составлены алгоритмы управления всеми информационными процессами и представлены в приложении №1.

Четвертый раздел работы посвящен экспериментальным исследованиям по управлению информационными процессами и оценке его эффективности при проведении компьютерных КТТТВИ в соответствии с разработанной схемой проведения таких учений (рис.6). Указанная схема отражает иерархический характер реальной структуры АСУ войсковой ЦВО.

Исследования проводились применительно к структуре компьютерных КТТТВИ (рис.6) на уровне оперативно-тактического звена . В ходе проведения экспериментальных исследований оценка эффективности управления информационными процессами осуществлялась путем имитационного и полунатурного моделирования. Схема имитационного моделирования приведена на рис.5. В ходе проведения исследований оценивалась эффективность управления информационными процессами при решении комплекса задач, приведенных в таблице 3. Основные результаты экспериментальных исследований отражены в табл. 3 и на рис. 7.

Результаты исследований подтверждают представленные в работе теоретические положения по проектированию ДУИП и оценке эффективности управления информационными процессами, протекающими в ходе ККШВИ.

1»

Рис. 5 Схема моделирования оценки эффективности управления

Штаб руководства

СП

о

¡ЙЙНЙЯ

АРМ п

АРМ функциональных групп КП ПВО фронта

АРМ функциональных групп КП ПВО армии (армайокого корпуоа)

АРМ 1

АРМ функциональных групп КП ПВО армии (армейского корпуса) _

СП си

АРМ К

ПУ ПВО моб

ПУ ПВО моОр

КП ртвр

КП зрп

КП здн

КП озрдн

КП звн

СП

КП зрвр

КП озрвн

Рис. 6 Схема проведения ККТТТВИ

Основные результаты моделирования

Таблица 3

Тип задачи а К ед/мин. -Т, мин.

/12 0,3 50-60 0,5 -1,5 0,15-0,45

1,4-3,5 0,42 -1,05

/» 0,4 50-60 0,5-1,5 0,2-0,6

0,9-2,6 0,36-1,04

/» 0,8 5-15 0,5-1,5 0,4-1,2

0,3-0,9 0,24 - 0,72

/23 1 105 -135 0,5-1,5 0,5-1,5

0,1-0,5 0,1-0,5

2 - 210-270 - 1,25-3,75

1,12 - 3,31

Примечание: в колонках Г и IVт в верхних строках приведены данные, полученные при проведении полунатурного моделирования без использования ДУИП, в нижних - с использованием ДУИП. При оценках и сравнении использованы статистические данные для а и X, полученные в НИЦ ВУВПВО.

ад/мин

Рис. 7 Результаты экспериментальных исследований по управлению информационными процессами и оценке его эффективности: ■. 1 - без использования ДУИП 2-е использованием ДУИП

Полученные результаты показывают, что использование диспетчера управления информационными процессами при проведении компьютерных КШВИ повышает эффективность управления ими до 12 % по сравнению с существующим способом управления информационным обменом в ЛВС.

Заключение содержит перечень основных результатов работы, характеристику их практической значимости, а также рекомендуемые направления дальнейших исследований по рассматриваемой в работе теме.

В приложении приведены: №1- графы и матрицы смежности информационных процессов, частные алгоритмы управления ими при проведении компьютерных КШВИ; №2 - системы специализированных продукций.

»

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Проведен анализ существующих подходов к проведению компьютерных КТТТВИ, а также существующих методических и инструментальных средств управления информационным обменом и диспетчеризации информационных процессов. В результате проведенных исследований были получены следующие результаты:

1. Разработана и исследована имитационная модель КШУ, исходящая из их игровой интерпретации, в которой акцентируется место и роль ПВО в их защитной функции.

2. Разработана система компьютерной поддержки коллективных действий участников КШВИ, обеспечивающая управление и коммуникацию в рамках командно-штабной оргструктуры.

3. Имитационная модель КТТТВИ использована как источник спецификаций, на основе которого произведен выбор вопросно-ответного процессора \VIQA как базовой инструментальной среды реализации КШВИ.

4. Проведены адаптация и настройки вопросно-ответного процессора \VIQA к специфике исследованной версии КТТТВИ и определены место и роль диспетчера КШВИ в инструментальной среде.

5. Проведен анализ информационных процессов, протекающих при проведении компьютерных КТТТВИ. Проведено формальное описание информационных процессов, что позволило определить возможности по управлению ими и распределить управленческие функции между создаваемым диспетчером и средствами используемых операционных систем и сетевых технологий.

6. Разработана методика оценки эффективности управления информационными процессами при проведении компьютерных КШВИ. Обосновано понятие эффективности управления информационными процессами и аспектов их реализации, в отношении которых следует проводить указанную оценку.

7. На основе предложенного в работе научно-методического аппарата разработан прототип диспетчера управления информационными процессами. На его основе были проведены экспериментальные исследования по управлению информационными процессами и оценке его эффективности. Проведенный эксперимент полностью подтвердил теоретические положения разработанного научно-методического аппарата по проектированию диспетчера управления информационными процессами и оценке эффективности управления.

8. Разработанный научно-методический аппарат обеспечивает качественно новое решение задачи проектирования средств управления информационными процессами применительно к специфике их протекания при проведении компьютерных КШВИ.

Полученное решение указанной задачи является общим для класса задач разработки средств управления информационными процессами при проведении компьютерных КШВИ всех уровней войсковой ПВО.

Полученные результаты работы предлагается использовать для решения научно-технических задач проектирования средств управления информационными процессами при организации конкретных компьютерных КШВИ.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основные результаты исследований опубликованы в следующих работах:

1. Ямпольский Л.С. «Компьютерная модель проведения командно-штабной тренировки». Сборник материалов 2-й научно-методической конференции филиала ВУ ВПВО ВС РФ, стр.34-37, г.Оренбург, 2001 г.

2. Ямпольский Л.С. «Применение новых информационных технологий в вву-зе». Сборник научных материалов 9-й военно-научной конференции ВУ ВПВО ВС РФ, стр.188-189, г.Смоленск, 2001 г.

3. Ямпольский Л.С. «Имитационная модель оперативной подготовки офице-ров-препрдавателей». Сборник материалов 3-й научно-методической конференции филиала ВУ ВПВО ВС РФ, стр.23-2б, г.Оренбург, 2002 г.

4. Ямпольский Л.С. «Алгоритм управления огнем зенитно-ракетной части с компьютерной модели командного пункта». Сборник научных материалов 10-й военно-научной конференции ВУ ВПВО ВС РФ, стр.65-67, г.Смоленск, 2002 г.

5. Ямпольский Л.С. «Возможности компьютерных форм оперативной подготовки слушателей военных ВУЗов». Сборник материалов II Всероссийской научно-технической конференции, г.Пенза, 2002 г.

6. Ямпольский Л.С. «Компьютерные технологии в системе военного образования». Сборник материалов Всероссийской научной конференции, г.Тула, 2002 г.

7. Ямпольский Л.С. «Военно-прикладное использование имитационного моде-лирования».Сборник материалов 11-й военно-научной конференции ВУ ВПВО ВС РФ,' г. Смоленск, 2003 г.

8. Белов А.Н., Соснин П.И., Ямпольский Л.С. «Игровая интерпретация командно-штабных учений». Сборник материалов международной конференции «Системы искусственного интелекта и нейроинформатика», г. Ульяновск, 2003 г.

1

21

9. Ямпольский Л.С. «Неопределенности и оценивание в компьютерных командно-штабных военных играх для группировки ПВО». Сборник материалов конференции «Интерактивные системы» на английском языке, г. Ульяновск, 2003 г.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АРМ автоматизированное рабочее место

АСУ - автоматизированная система управления

БД база данных

ДУИП - диспетчер управления информационными потоками

WIQA - Working In Questions and Answers (вопросно-ответный процессор)

ККШУ - компьютерные командно-штабные учения

КШУ - командно-штабные учения

КФОП - компьютерные формы оперативной подготовки

КШУ - командно-штабные учения

ККШВИ - компьютерные командно-штабные военные игры

кшви - командно-штабные военные игры

ЛВС локальная вычислительная сеть

ПВО противовоздушная оборона

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

СВН средства воздушного нападения

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

Автореферат

ямпольскийл. с.

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ КОМПЬЮТЕРНЫХ КОМАНДНО-ШТАБНЫХ ВОЕННЫХ ИГР

Подписано в печать'18.08.2003. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Усл. п. л. 1,40. Уч.-изд. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ.3/0/.

Типография УлГТУ. 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32.

Р 13^4 7

2 ooj-A

1. Введение.

2. Глава 1 «Анализ существующих подходов к проведению компьютерных командно — штабных военных игр».

3. Глава 2 «Формализация компьютерных командно — штабных военных игр».

4. Глава 3 «Методика проектирования диспетчера управления информационными процессами при проведении компьютерных командно — штабных военных игр».

5. Глава 4 «Экспериментальные исследования эффективности управления информационными процессами при проведении компьютерных командно — штабных военных игр».

Результаты анализа военных конфликтов, а также основных положений военных доктрин и взглядов военных специалистов стран НАТО на боевое применение средств воздушного нападения (СВН) обусловливают возрастание требований к должностным лицам органов управления войсковой ПВО по обеспечению надежного прикрытия войск и объектов. Одним из эффективных подходов к нетрадиционному решению задач оперативной и боевой подготовки командного состава в сложившихся условиях является использование вычислительной техники и достижений в области имитационного и математического моделирования систем и процессов управления. Анализ проводимых исследований показал, что рассмотренные подходы к реализации компьютерных форм оперативной подготовки (КФОП), разновидностью которых являются командно-штабные военные игры (КШВИ), с технической точки зрения предусматривают широкое использование вычислительных сетей на базе персональных ЭВМ.

При реализации КФОП, по сравнению с существующими АСУ войсками, изменяются типы каналов информационного обмена и сокращается их количество, фактически происходит трансформация информационной топологии реальных АСУ в локальную вычислительную сеть. Кроме того, возникает необходимость моделирования по одному информационному каналу информации различных типов, под которые в реальных АСУ выделены отдельные независимые каналы. Вместе с тем, необходимо обеспечить соответствие задач, решаемых в ходе компьютерных КШВИ (ККШВИ), логике работы реальных органов управления, а также оперативность и функциональную полноту их реализации. Кроме того, специфика проведения ККШВИ определяет необходимость решения ряда дополнительных задач, связанных с реализацией функций подыгрыша и контроля действий участников игры. Эти особенности информационного обмена при проведении компьютерных КШВИ приводят к увеличению загруженности локальной сети и интенсивности потоков данных, циркулирующих в ней. В связи с этим, возникает необходимость управления указанными потоками данных с учетом логики, функциональной направленности и приоритетности решаемых в ходе игры задач, а также зависимости ценности обрабатываемой информации от времени задержки на ее обработку. При реализации компьютерных КШВИ с использованием системы имитационных моделей, изменяются типы каналов информационного обмена и сокращается их количество.

Сравнительный анализ возможностей существующих средств диспетчеризации по управлению информационным обменом применительно к задачам, решаемым при проведении компьютерных КШВИ, показал, что они не обеспечивают качественного решения указанных задач. Поэтому, возникает необходимость разработки специализированных средств управления информационными процессами, протекающими в ходе компьютерных КШВИ. В качестве такого средства предлагается использовать диспетчер управления информационными процессами (ДУИП), под которым в работе понимаетсяпрограммное средство, определяющее порядок протекания процессов в вычислительной сети в соответствии с принятыми соглашениями и ограничениями по функциональным, логическим и временным аспектам их реализации.

Существующий методический аппарат разработки средств диспетчеризации обеспечивает создание специализированных средств управления информационным обменом в вычислительных сетях, но не позволяет использовать его для разработки ДУИП. В связи с этим возникает противоречие между необходимостью разработки средств управления информационными процессами, обеспечивающих техническую реализацию ККШВИ, и технологическими возможностями существующего методического аппарата по созданию таких средств.

Учитывая данные обстоятельства, а также перспективу возможного расширения перечня решаемых в ходе ККШВИ задач, представляется актуальным решение задачи разработки комплексного методического аппарата проектирования диспетчера управления информационными процессами, обеспечивающего повышение эффективности управления ими с учетом специфики решаемых в ходе компьютерных КШВИ задач.

Объект исследований. Роль объекта исследований в диссертационной работе возложена на отработку функций ПВО в процессах командно-штабных учений (КШУ), проводимых в человеко-компьютерной среде.

Основные установки и идеи. На выбор предмета исследования и направления работы оказали влияние следующие установки:У1. Командно-штабные учения допускают их интерпретацию в виде спецефического класса военных игр, что открывает доступ к теоретическому и практическому опыту игр, в том числе и к опыту разработок развлекательных военных игр.

У2. Любую версию реализации аппаратно- программной поддержки КШУ следует строить в форме клиент-серверного приложения для локальной вычислительной сети.

Такие установки привели автора к идее исследовать методы и средства компьютерной поддержки функций ПВО в процессах КШУ в контексте игровой интерпретации КШУ, использующей имитационное моделирование исполняемых действий.

Предмет исследований. Предметом исследования является специализированная аппаратно-программная оболочка, поддерживающая процессы КШВИ, в которой функции управления и оценки хода игры сосредоточены только на защитных функциях ПВО и закрыты от воздействия участников КШВИ.

Направление исследований. Направлением исследований в работе является прменение специализированного программного продукта в КШВИ в контексте имитационной модели защитных функций ПВО на "шаге игры".

Цели и задачи исследований. Основная научная цель работы связана с поиском теоретического обобщения реализации защитных функцийПВО в процессе КШВИ, управления условиями их прменения оценивания их результативности и достижения требуемых обучающих эффектов.

Основная практическая цель связана с разработкой эффективной системы диспетчирования в клиент-серверной среде, обслуживающей проведение КШВИ. Достжение отмеченных целей требует решения следующих основных задач:1. Разработать и исследовать имитационную модель КШУ, раскрывающую подготовку, исполнение и оценивание защитных функций ПВО в контексте игровой интерпретации КШУ.

2. Разработать и исследовать систему коммуникации, учитывающую структуру составного субъекта учений и ролевые функции каждого из участников учения.

3. На базе спецификаций имитационной модели КШУ разработать систему диспетчирования, обеспечивающую управление информационными потоками и их обработку на оперативно-тактическом уровне.

Метод исследований. Сущность метода исследований определена как управляемая комбинаторика методов и средств имитационного моделирования, теории и практики игр, искусственного интелекта и алгоритмизации. Научная новизна1. Предложена и исследована имитационная модель КШУ с игровой интерпретацией действий участников учений, обеспечивающая интегрированное представление защитных функций ПВО и спецификаций аппаратно-программного комплекса, обслуживающего проведение учений.

2. Разработана и исследована система структурных функциональных и информационных спецификаций клиент-серверной реализации КШВИ, учитывающая динамику процессов, в том числе и коммуникативных, в реальном времени.

Достоверность. Теоретическая достоверность полученных результатов подтверждается формулировкой основных положений диссертации на основе достоверных знаний из области прикладной информатики, имитационного моделирования и теории игр.

Эксперементальные подтверждения достоверности получены при разработке на базе имитационной модели клиент-серверной реализации КШВИ и ее испытаний.

Практическая ценностьВ состав практических результатов, полученных в диссертационной работе входят:- системы методов и средств диспетчирования оперативно-тактических действий в процессах КШУ;- база знаний об основных действиях участников КШВИ, построенная и реализованная по образцу библиотек продукций экспертных систем;- адаптация и настройка сетевой версии вопросно-ответного процессора У/К^А к специфике информационно-коммуникативных процессов КШВИ;- система методов и средств оценивания информационных потоков в клиент-серверной реализации КШВИ.

Реализация и внедрениеДля аппаратно-программной поддержки КШВИ разработана система программных средств, в основу которых положена клиент-серверная реализация вопросно-ответного процессора \VIQA, настроенного на командно-штабную структуру коллектива пользователей.' Построенная система имитационных моделей и разработанный ДУИП были внедрены в 726 учебном центре войсковой ПВО ВС РФ для проведения КШВИ с использованием локальной сети в августе 2002 года.

На защиту выносятся1. Имитационная модель КШУ с игровой интерпретацией действий как интегрированный источник спецификаций для аппаратно-программных средств поддержки КШВИ, учитывающий реалии времени учений.

2. Комплекс прграммных средств с клиент-серверной структурой, объединяющий методы и средства имитационного моделирования, теории и практики игр, экспертных систем и систем диспетчирования.

Апробация работыОсновные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на военно-научных конференциях, проводившихся в ВУ войсковой ПВО ВС РФ и его филиале в период с 2000 по 2003 год, на Всероссийских научно-технических конференциях.I)1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К ПРОВЕДЕНИЮ КОМПЬЮТЕРНЫХ КОМАНДНО-ШТАБНЫХ ИГРУровень оперативной подготовки руководящего состава и органов управления Вооруженных Сил России является одним из важных факторов, определяющих степень готовности Вооруженных Сил к решению поставленных перед ними задач. До настоящего времени это достигалось исключительно традиционными способами организации и проведения мероприятий оперативной подготовки.

Внедрение в систему подготовки войск компьютерных форм оперативной подготовки представляет собой закономерный этап дальнейшего развития существующих традиционных форм обучения, повышения их эффективности на базе научно-технических достижений современной компьютерной техники, новых методов математического моделирования и новых информационных технологий. В области отечественных КФОП основные наработки принадлежат специалистам 27 ЦНИИ МО РФ и ВУ ВПВО ВС РФ. В частности, введено и обосновано понятие компьютерных форм оперативной подготовки, сформулированы концепции их создания и применения. Под компьютерными формами оперативной подготовки понимаются формы подготовки командования, оперативного состава и слушателей ввузов, в основу которых должно быть положено применение автоматизированных систем моделирования боевых действий (АСМБД) и реализованные в их составе средства специального математического и программного обеспечения. Здесь важно заметить, что моделирование подразумевает исследование объекта,базирующееся на его подобии модели и включающее построение модели, изучение ее и перенос полученных сведений на моделируемый объект, поэтомуавтоматизированные системы моделирования боевых действий представляют собой комплекс технических, математических, информационных и программных средств, обеспечивающих принятие решений обучаемыми и руководством на основе моделирования боевых действий противоборствующих сторон.

Техническую основу такого комплекса, как правило, составляют ПЭВМ, объединенные в локальную вычислительную сеть (ЛВС).

Область исследования будет представлять собой на основе математического моделирования разработку комплексной методики проектирования диспетчера управления информационными процессами при проведении КШВИ.

Эффективность применения КФОП определяется качественно новой организацией проводимых мероприятий на базе комплексного использования автоматизированных систем и электронно-вычислительной техники, программных и информационных средств, обеспечивающих имитационное моделирование развития боевых действий противоборствующих сторон в соответствии с принимаемыми решениями и прогноз возможных результатов их реализации в конкретно складывающейся боевой обстановке.

Принципиально важным в КФОП является то, что обучаемые принимают решения в ходе ведения операций (боевых действий) по результатам моделирования боевых действий противоборствующих сторон на фоне единой оперативно-стратегической обстановки.

В ходе КФОП обучаемые приобретают такие навыки, как умение оперативно применять средства вычислительной техники для выработки и принятия решений при управлении войсками (силами), у них формируется ясное понимание роли и возможностей вычислительной техники и средств автоматизации в совершенствовании управления войсками.

Кроме того, внедрение КФОП позволяет скрыть проведение крупномасштабных игр и общую направленность оперативной подготовки; снизить ущерб, наносимый окружающей среде в ходе учебно-боевой деятельности войск; устранить отставание в вопросах компьютеризации оперативной подготовкикомандного состава наших Вооруженных Сил от вооруженных сил ведущих зарубежных государств.

Однако практическая реализация КФОП в общей системе оперативной и боевой подготовки личного состава, включая образовательный процесс в ВУЗах МО, требует проведения углубленного анализа возможностей организации и проведения таких форм подготовки в целях наиболее полного учета особенностей их реализации как в информационном, так и в техническом аспектах. Первый аспект определяет анализ и оценку потоков данных, обрабатываемых в ходе компьютерных игр, второй - возможности их технической реализации, включая вопросы выбора и использования конкретных технических средств.

Прежде чем приступить к построению имитационной модели ККШВИ важно напомнить, что игрой в теории игр называется схематизированная и приспособленная для математического изучения модель конфликта. Приэтом, разумеется, описывающая конфликт игра должна сохранять все основные, существенные черты моделируемого конфликта. Прежде всего в игре должны быть отражены характеристики («компоненты») конфликта:а) участвующие в конфликте стороны (в теории игр их называют игроками);б) те решения, которые игроки могут принимать (эти решения обычно называют стратегиями игроков);в) степень осуществления целей каждого игрока в ситуации, складывающейся в результате выбора игроками своих стратегий (эти последние характеристикиможно измерять числами, которые называются выигрышами). Точное описание множества игроков, множество стратегий для каждого игрока,а также их функций выигрыша и составляет задание игры. Игры, заданные в таком виде, обычно называют играми в нормальной форме.

1.1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ КОМАНДНО-ШТАБНЫХ ВОЕННЫХ ИГРОпределяя компьютерную форму оперативной подготовки и в частности компьютерную командно-штабную военную игру, как объект исследования, нужно отметить, что в общем виде структура компьютерных форм оперативной подготовки как способа организации учебного процесса и структура традиционных форм оперативной подготовки, в принципе аналогичны (рис. 1.1) и включают следующие элементы: обучаемых, учебные цели и задачи, содержание и методы обучения, аппарат руководства и технические средства обучения. В то же время анализ содержания структурных элементов схем, представленных на рис. 1.1, позволяет выделить ряд отличий между ними (табл. 1.1.).

Наиболее существенные отличия - технические средства обучения и связанные с ними особенности организации и практического выполнения отрабатываемых учебных вопросов. Организационно-технической основой компьютерных форм оперативной подготовки являются автоматизированные системы моделирования боевых действий. Применение средств имитационного математического моделирования в АСМБД предусматривает изменение методов организации и проведения мероприятий оперативной подготовки и предопределяет особенности компьютерных форм обучения в целом.

Главное содержание работы руководства при проведении компьютерных форм оперативной подготовки - вручение участникам игры директив, приказов и распоряжений от вышестоящего командования, наращивание обстановки и розыгрыш боевых действий, рассмотрение (изучение) принятых решений, планов операций (боевых действий), директив, (приказов) и распоряжений, изучение методов работы обучаемых с использованием средств АСМБД и специального математического и программного обеспечения, контроль за практическими действиями штабов и войск, исследование новых вопросов оперативного искусства. Принципиально изменяется (по сравнению с традиционными формами обучения) порядок доведения информации о текущей обстановке. Решения, принятые обучаемыми, вводятся в моделирующий комплекс (расчетно-моделирующую подсистему АСМБД), результаты моделирования через базу данных (БД) выводятся на АРМ участников игры.

Результаты моделирования выводятся на АРМ должностных лиц аппарата руководства в полном объеме за играющие стороны, и в части касающейся на АРМ обучаемых с последующим изменением обстановки через временные интервалы, равные шагу моделирования. При этом предусматривается доведение обстановки до вышестоящих инстанций, в частности до управления армий и фронта, только за условно действующие войска: до управления армий - за соединения и части армейского подчинения, до управления фронта -соответственно за объединения и соединения фронтового подчинения. Сбор информации об обстановке от управлений, реально действующих на игре, вышестоящие инстанции должны осуществлять в установленном порядке по линии боевого управления.

Данные за противоположную сторону доводятся в объеме, соответствующем возможностям сил и средств разведки сторон, с учетом решений обучаемых на организацию разведки.

Результаты действий обучаемых и развитие обстановки в ходе проведения КФОП должны протоколироваться. Фиксация действий должностных лиц, протоколирование развития обстановки с момента получения противоборствующими сторонами боевых задач до завершения их выполнения будут способствовать существенному повышению ответственности должностных лиц за свои действия, стремлению работать с полной отдачей. Ведение протокола обеспечит также объективность оценок действий обучаемых при подведении итогов, существенно упростит работу аппарата руководства при подготовке разбора игры.

Аппарат руководства Среда обученияСпособы создания среды обученияВвод обучаемых в учебную обстановкуПодыгрыш обстановкиОбозначениеИмитацияНатурное моделирование обстановки Привлекаемые силы и средства Группы разработки учения Посредники и группы подыгрыша; средства связи Группы имитации; имитационные средства Реальные войска, силы и средстваОбучаемые органы управленияа)Аппарат руководства Среда обученияСпособы создания среды обученияВвод обучаемых в учебную обстановкуПодыгрыш обстановкиИмитационное моделирование обстановкиПривлекаемые силы и средстваГруппа разработки ученияКомпьютерный центрАСМБД Группы подыгрыша Обучаемые органы управленияб)Рис. 1.1. Структурная схема реализации форм оперативной подготовки:а) традиционных;б) компьютерных.

Таблица 1.1Отличительные особенности элементов компьютерных форм оперативной подготовки от традиционныхЭлементы структур Отличительные особенностиОбучаемые При проведении КФОП от обучаемых требуются умения и навыки в работе со средствами автоматизации. Обучаемые получают возможность принимать решения и анализировать их на основе многовариантного моделирования боевых действий.

Учебные Цели Появляется возможность объективного контроля знаний, умений и навыков обучаемых. Учебные цели могут достигаться в более короткие сроки за счет использования обучающих программ.

Содержание Обеспечивается отработка всего комплекса оперативных задач с учетом оперативного предназначения объединений на основе разработанного СМПО.

Методы обучения Математическое моделирование боевых действий явится основой методики компьютерных форм оперативной подготовки и обеспечит аппарату руководства: повышение динамичности наращивания обстановки и проведения розыгрыша боевых действий в реальном масштабе времени методом "свободной" игры; расширение спектра применяемых методических приемов; повтор розыгрыша отдельных эпизодов боевых действий в ускоренном временном режиме, остановка оперативного времени для анализа принятых решений и показ альтернативного варианта решения с выявлением его преимуществ, документирование и послеигровое воспроизведение хода ирезультатов действий войск (сил) и т.д.; качественный анализ и объективную оценку решений, принимаемых обучаемыми.

Аппарат руководства Наличие автоматизированных систем моделирования боевых действий (АСМБД) предопределяет необходимость включения в аппарат руководства должностных лиц, обеспечивающих функционирование АСМБД. Сокращается состав групп наращивания обстановки (групп подыгрыша), принципиально изменяются функциональные обязанности посредников.

Технические средства обучения Организационно-технической основой КФОП является автоматизированная система моделирования боевых действий, применение которой коренным образом изменяет методы подготовки и проведения мероприятий оперативной подготовки и предопределяет особенности КФОП в целом.

В общем виде структурная схема комплекса технических и программных средств, обеспечивающих организацию и проведение компьютерных КШВИ, приведена на рис. 1.2.

Как уже отмечалось ранее, основным компонентом такого комплекса технических и программных средств является автоматизированная система моделирования боевых действий, представляющая собой сложную организационно-иерархическую систему, включающую комплексы технических, математических, программных и информационных средств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Проведен анализ существующих подходов к проведению компьютерных КШВИ, а также существующих методических и инструментальных средств управления информационным обменом и диспетчеризации информационных процессов. В результате проведенных исследований были получены следующие результаты:

1. Разработана и исследована имитационная модель КШУ, исходящая из их игровой интерпретации, в которой акцентируется место и роль ПВО в их защитной функции.

2. Разработана система компьютерной поддержки коллективных действий участников КШВИ, обеспечивающая управление и коммуникацию в рамках командно-штабной оргструктуры.

3. Имитационная модель КШВИ использована как источник спецификаций, на основе которого произведен выбор вопросно-ответного процессора WIQA как базовой инструментальной среды реализации КШВИ.

4. Проведены адаптация и настройки вопросно-ответного процессора WIQA к специфике исследованной версии КШВИ и определены место и роль диспетчера КШВИ в инструментальной среде.

5. Проведен анализ информационных процессов, протекающих при проведении компьютерных КШВИ. Проведено формальное описание информационных процессов, что позволило определить возможности по управлению ими и распределить управленческие функции между создаваемым диспетчером и средствами используемых операционных систем и сетевых технологий.

6. Разработана методика оценки эффективности управления информационными процессами при проведении компьютерных КШВИ. Обосновано понятие эффективности управления информационными процессами и аспектов их реализации, в отношении которых следует проводить указанную оценку.

7. На основе предложенного в работе научно-методического аппарата разработан прототип диспетчера управления информационными процессами. На его основе были проведены экспериментальные исследования по управлению информационными процессами и оценке его эффективности. Проведенный эксперимент полностью подтвердил теоретические положения разработанного научно-методического аппарата по проектированию диспетчера управления информационными процессами и оценке эффективности управления.

8. Разработанный научно-методический аппарат обеспечивает качественно новое решение задачи проектирования средств управления информационными процессами применительно к специфике их протекания при проведении компьютерных КШВИ.

Полученное решение указанной задачи является общим для класса задач разработки средств управления информационными процессами при проведении компьютерных КШВИ всех уровней войсковой ПВО.

Полученные результаты работы предлагается использовать для решения научно-технических задач проектирования средств управления информационными процессами при организации конкретных компьютерных КШВИ.

1. Зиновьев Э. В. Принципы построения системы управления информационными процессами и ресурсами в сети ЭВМ. Автоматика и вычислительная техника. 1985. №3. С. 45-52.

2. Шуенкин В. А., Донченко В. С. Прикладные модели теории массового обслуживания. Киев, Учебно-методический кабинет высшего образования, 1992.

3. Никитин Н. М., Окунев С. Л., Самсонов Е. А. Алгоритм разрешения конфликтов в локальной сети со случайным множественным доступом. Автоматика и вычислительная техника. 1985. №5. С. 41-46.

4. Хазацкий В. Е., Юрьева С. А. Приоритетный множественный доступ в локальных сетях передачи данных с контролем несущей и обнаружением конфликтов. Автоматика и вычислительная техника. 1985. №5. С. 47-52.

5. Щеглов А. Ю. Принципы унификации методов кодового управления множественным доступом к ресурсам вычислительных систем и ЛВС. Информационные технологии. 1998. №2. С. 20-25.

6. Пирогов В. В., Олевский С. М. Архитектура системы организации взаимодействия прикладных процессов, использующей общедоступную память. Автоматика и вычислительная техника. 1987. №6. С.

7. Азаренков В. В., Сорокин В. П., Степанов Г. А. Автоматизированные системы управления войсковой ПВО. Обработка информации в автоматизированных системах управления войсковой ПВО. Киев, ВА ВПВО, издательство академии. 1985. 156с.

8. Емельянов Г. М., Смирнов Н. И. Анализ информационного обмена при проектировании проблемно-ориентированных локальных вычислительных сетей. Автоматика и вычислительная техника. 1987. №1. С. 45-50.

9. Пирогов В. В., Олевский С. М. Инструментальная база данных "Механизмы взаимодействия процессов". Автоматика и вычислительная техника. 1987. №4. С. 25-29.

10. Гершуни Д. С. Планирование вычислений в системах жесткого реального времени (обзор и перспективы). Вычислительная техника. Системы. Управление. 1991. Вып. 6. С. 4-51.

11. Альянах И. Н. Моделирование вычислительных систем. Л., Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988. -С. 223,

12. Якубайтис Э. А. Архитектура вычислительных сетей. М., Статистика, 1980. -С. 279.

13. Якубайтис Э. А. Информатика Электроника - Сети. М., Финансы и статистика, 1989.-200 с.

14. Информатика: Энциклопедический словарь для начинающих. Сост. Д. А. Поспелов. М., Педагогика-Пресс, 1994. С. 352.

15. Липаев В. В. Проектирование программных средств. М., Высшая школа, 1990. С.303 .

16. Липаев В. В. Проектирование математического обеспечения АСУ. М., Советское радио, 1977. С. 400.

17. Барвинский В. В., Евменчик Е. Г. Применение новых информационных технологий в преподавании оперативно-технических дисциплин. Материалы 19-й научно-методической конференции. Тверь, ВУ ПВО. 1999. С. 27-32.

18. Коршунов Ю. М. Математические основы кибернетики. М., Энергия, 1980.

19. Дэвис Д., Барбер Д., Прайс У., Соломонидес С. Вычислительные сети и сетевые протоколы. М., Мир, 1982. С. 562.

20. Справочник офицера противовоздушной обороны Воениздат, 1987 г.

21. В.А.Веников «Основы теории моделирования» Издательство «Наука», 1983 г.

22. Н.Н.Воробьев «Теория игр» Издательство «Знание», 1976 г.

23. Азаренков В. В., Сорокин В. П., Степанов Г. А. Автоматизированные системы управления войсковой ПВО. Обработка информации в автоматизированных системах управления войсковой ПВО. Киев, ВА ВПВО, издательство академии. 1985. 156с.

24. Под. ред. Едемского А. Ф. Автоматизированные системы управления войск ПВО Сухопутных войск. Основы построения АСУ. Смоленск, ВА ПВО СВ, издание академии. 1993. 252с.

25. Под. ред. Честаховского В. П. Автоматизированные системы управления войск противовоздушной обороны Сухопутных войск. Часть I. Основы построения автоматизированных систем управления. Киев, В А ПВО СВ, издание академии. 1977. 396с.

26. Под. ред. Гаврилова А. Д. Автоматизированные системы управления войск ПВО Сухопутных войск. Основы стрельбы и управления огнем. Смоленск, ВАПВО СВ РФ, издание академии. 1996. 168с.

27. Азаров Б. И. Устройство средств автоматизированного управления. Автоматизированный пункт управления 9С717/6. Смоленск, СВЗРИУ, издание училища. 1990. 106с.

28. Шуенкин В. А., Донченко В. С. Прикладные модели теории массового обслуживания. Киев, Учебно-методический кабинет высшего образования, 1992.

29. Никитин Н. М., Окунев С. Л., Самсонов Е. А. Алгоритм разрешения конфликтов в локальной сети со случайным множественным доступом. Автоматика и вычислительная техника. 1985. №5. С. 41-46.

30. Хазацкий В. Е., Юрьева С. А. Приоритетный множественный доступ в локальных сетях передачи данных с контролем несущей и обнаружением конфликтов. Автоматика и вычислительная техника. 1985. №5. С. 47-52.

31. Щеглов А. Ю. Принципы унификации методов кодового управления множественным доступом к ресурсам вычислительных систем и ЛВС. Информационные технологии. 1998. №2. С. 20-25.

32. Пирогов В. В., Олевский С. М., Хайкин И. А. Об одном классе протоколов прикладного уровня. — АВТ, 1986, № 3, с. 11—16.

33. Vasudevan R., Chan P. P. Designing servers in distributed environment: A study of the process structuring methodology. — In: Proc. IEEE 1st Int. Conf. Office Autom., New Orleans, La, Dec. 17—19, 1984. Silver Spring, Md, 1984, p. 21—31.

34. Васильев Г. П. и др. Программное обеспечение неоднородных распределенных систем: анализ и реализация. М.:Финансы и статистика, 1986.160 с.

35. Флинт Д. Локальные сети ЭВМ: архитектура, принципы построения, реализация. М.: Финансы и статистика, 1986. 359 с.

36. Якубайтис Э. А. Информационные вычислительные сети. М., Финансы и статистика, 1984. 232 с.

37. Дэвис Д., Барбер Д., Прайс У., Соломонидес С. Вычислительные сети и сетевые протоколы. М., Мир, 1982. 563 с.

38. Основы теории вычислительных систем. Под ред. Майорова С. А. Учебное пособие для ВУЗов. М., Высшая школа. 1978.

39. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М., Машиностроение. 1979.

40. Блэкман М. Проектирование систем реального времени. М., Мир. 1977.

41. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М., Наука. 1969.1. ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

42. API Application Programming Interface (интерфейс прикладного программи рования)

43. MOM Message Oriented Middleware (промежуточное программное обеспечение передачи сообщений)

44. ORB Object Request Broker (брокер объектных запросов)

45. OSI Open System Interconnection (взаимодействие открытых систем)

46. RPC Remote Procedure Call (удаленный вызов процедур)

47. АПД аппаратура передачи данных

48. АРМ автоматизированное рабочее место

49. АСМБД автоматизированная система моделирования боевых действий

50. АСУ автоматизированная система управления

51. АСУВ автоматизированная система управления войсками1. БД база данных1. ВС вычислительная система

52. ЗРК зенитный ракетный комплекс

53. ЗРС зенитная ракетная система

54. ККШУ компьютерные командно-штабные учения

55. КСА комплекс средств автоматизации

56. КФОП компьютерные формы оперативной подготовки

57. КШУ командно-штабные учения

58. ЛВС локальная вычислительная сеть1. ОС операционная система

59. ПВО противовоздушная оборона

60. ПО программное обеспечение

61. ППО промежуточное программное обеспечение1. ПЭВМ персональная ЭВМ

62. СВН средства воздушного нападения

63. СМПО специальное математическое и программное обеспечение

64. СУБД система управления базами данных