автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Информационная система обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России

На правах рукописи

ВАСИЛЕВИЧ Евгений Владимирович^^

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗЬЮ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ МЧС РОССИИ

05.25.05 - информационные системы и процессы, правовые аспекты информатики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

00346ТВУО

Санкт-Петербург- 2009

003467698

Работа выполнена в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России.

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Одоевский Сергей Михайлович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Жиров Виктор Аркадьевич кандидат технических наук, доцент Иванов Александр Юрьевич

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций

Защита состоится 26 марта 2009 г. в «_» часов на заседании совета по

защите докторских и кандидатских диссертаций Д 205.003.02 при Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

Автореферат разослан февраля 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 205.003.02

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди телекоммуникационных систем, обеспечивающих функционирование распределенных в пространстве информационных систем (ИС) органов управления МЧС России, важную роль играют беспроводные сети связи (БСС). Именно на БСС возлагаются обычно задачи своевременного обмена актуальной информацией между любыми местами расположения должностных лиц (ДЛ) и (или) технических средств (ТС) ИС МЧС, в том числе, и в движении. Причем использоваться БСС могут как в повседневной обстановке, так и в особых условиях, в частности, в ходе ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС) в районах с полностью или частично разрушенной местной телекоммуникационной инфраструктурой.

В роли средств БСС в интересах органов управления МЧС России могут использоваться как традиционные штатные средства радиосвязи, так и средства различных сетей беспроводного доступа, включая транкинговые и сотовые сети связи, других ведомств и коммерческих организаций.

Так, законодательством Российской Федерации предусмотрено, что во время стихийных бедствий, карантинов и других чрезвычайных ситуаций, органы управления, занимающиеся их ликвидацией, имеют право на приоритетное использование любых сетей и средств связи независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности.

Известно, что связь - это основной технический элемент обеспечения устойчивого управления. Однако вопросам организации и обеспечения непрерывной связи на всех этапах проведения мероприятий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и гражданской обороны уделяется пока не достаточно внимания. В частности среди известных информационных систем, используемых в интересах органов управления МЧС России, в настоящее время отсутствуют специализированные информационные системы обеспечения указанных органов управления надежной беспроводной связью. В то же время для планирования БСС коммерческих организаций, которые могут использоваться в интересах органов управления МЧС России, применяются подобные специализированные ИС планирования связи, построенные на базе геоинформационных технологий (ГИТ). Подобные коммерческие ИС позволяют достаточно точно прогнозировать качество радиосвязи на обширной территории и предоставляют информационную поддержку принятия решений по обеспечению заданных требований к связи. Однако вопросы использования указанных

ИС для планирования БСС в интересах органов управления МЧС России в достаточной степени не проработаны ни теоретически, ни практически.

Целью работы является повышение эффективности планирования беспроводных сетей связи в интересах органов управления МЧС России за счет использования специализированных информационных систем.

Объект исследования — информационные системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России.

Предмет исследования - информационные процессы, модели, методы, методики и программные средства решения задач планирования связи с целью использования в информационных системах обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России.

Научная задача, решаемая в диссертационной работе, заключается в разработке моделей, методов и методик обработки информации в информационных системах обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России при решении задач планирования связи с использованием геоинформационных технологий.

В рамках указанной основной научной задачи, в работе поставлены и решены следующие частные научные задачи:

1. Анализ потребностей органов управления МЧС России в услугах беспроводной связи и способов их удовлетворения штатными средствами конвенциональной радиосвязи, а также средствами вневедомственных транкинго-вых и сотовых сетей связи.

2. Анализ принципов построения информационных систем МЧС России и методов планирования беспроводных сетей связи с использованием геоинформационных технологий.

3. Разработка модели использования информационных систем планирования беспроводных сетей связи в интересах органов управления МЧС России.

4. Разработка методики формирования конфигурации зон покрытия с использованием настраиваемых моделей распространения радиоволн (РРВ) с учетом влияния рельефа местности и диаграмм направленности антенн.

5. Разработка методики формирования конфигурации зон обслуживания с использованием настраиваемых моделей трафика и матрицы удельной нагрузки с учетом заданных процессов обслуживания абонентов.

6. Разработка методики уточнения конфигурации зон покрытия и обслуживания с учетом взаимных помех при заданной расстановке частот и при использовании кодового разделения каналов доступа.

7. Разработка обобщенного алгоритма решения задачи синтеза сети беспроводной связи и оценка сложности ее решения.

8. Разработка методов снижения сложности решения задачи синтеза беспроводной сети связи за счет ее декомпозиции на более простые задачи и за счет использования граничных оценок исходных данных и промежуточных результатов.

9. Разработка предложений по реализации упрощенных методов расчета беспроводных сетей связи специального назначения на базе граничных оценок в учебной информационной системе.

10. Разработка предложений по реализации разработанных элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на базе специализированных программных комплексов планирования связи.

Методы исследования. Для исследований в работе использовались методы системного анализа, теории вероятности, теории массового обслуживания, математической статистики, комбинаторики и математического программирования.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Обобщенная модель использования информационной системы планирования беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России.

2. Методики обработки информации о качестве обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на заданной территории.

3. Методы оптимизации информационных процессов поиска рациональных способов построения беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России.

4. Предложения по реализации и использованию элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на базе специализированных программных комплексов планирования связи.

Научная новизна полученных результатов:

1. Обобщенная модель использования информационной системы планирования беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России отличается согласованным учетом данных о параметрах планируемой сети и показателей информационных процессов обработки этих данных при решении задач анализа и синтеза БСС с помощью указанной информационной системы.

2. Методики обработки информации о качестве обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на заданной территории отличаются использованием настраиваемых аналитических моделей распространения радиоволн и обслуживания абонентского трафика, параметры которых представляют собой специальные матричные карты.

3. Методы оптимизации информационных процессов поиска рациональных способов построения беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России отличаются использованием граничных оценок рассчитываемых параметров и учетом их логической взаимосвязи для декомпозиции общей сложной задачи обеспечения заданного качества связи на частные более простые задачи обеспечения покрытия, обслуживания и электромагнитной совместимости (ЭМС).

4. Предложения по реализации и использованию элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на базе специализированных программных комплексов планирования связи отличаются программными модулями, разработанными в соответствии с предлагаемыми моделями, методами и методиками обработки информации.

Обоснованность научных результатов обеспечивается строгим использованием общепринятого математического аппарата и логичными умозаключениями на основе общеизвестных фактов.

Достоверность научных результатов подтверждается корректностью постановки задачи и используемого математического аппарата, экспериментальными доказательствами основных положений работы и практической апробацией предложенных моделей и методов на реальных данных при решении практических задач.

Научно-практическая ценность полученных результатов заключается в том, что разработанные в диссертации элементы информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России реализованы в специализированных программных средствах планирования беспро-

водных сетей связи. Использование программно реализованных элементов предлагаемой информационной системы позволяет существенным образом повысить достоверность прогнозируемого качества связи и сократить время принятия решений на построение БСС с заданным качеством связи в интересах органов управления МЧС России.

Практическая значимость. Научные результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы при разработке новых специализированных информационных систем обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России, а также при использовании существующих информационных систем МЧС России (например, комплекса автоматизированных рабочих мест территориальных органов управления АРМ-ГИС) совместно с программным обеспечением планирования беспроводных сетей связи взаимодействующих ведомств и коммерческих организаций.

Результаты диссертационного исследования реализованы в Военной академии связи (г. Санкт-Петербург), в Санкт-Петербургском морском техническом университете, в Российском государственном университете им. И.Канта (г. Калининград), в ООО «Инфотел» (г. Санкт-Петербург), в ОАО «Вымпелком», а также в главном управлении МЧС России по Калининградской области.

Апробация исследования. Научные результаты, полученные в ходе исследований, докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры автоматики и сетевых технологий Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России, а также на следующих научно-практических конференциях:

XXXIX научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников, аспирантов и студентов КГУ. Калининград, апрель 1998 г.;

2-й отраслевой конференции аспирантов и соискателей «Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров». Калининград, апрель 1999 г.;

VIII научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций», Санкт-Петербург, октябрь 2008 г.;

региональной научно-технической конференции «Региональная информатика-2008», Санкт-Петербург, ноябрь 2008 г.;

международной научно-практической конференции «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций», Санкт-Петербург, ноябрь 2008 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы имеется 10 печатных публикаций, в том числе статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников (101 наименование) и приложения; содержит 243 страницы, в том числе 64 рисунка и 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, изложены общая характеристика диссертации, научная задача, цель, объект и предмет исследования, сформулированы научная новизна, практическая значимость и достоверность научных результатов.

В первом разделе проведен анализ особенностей построения и использования информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России.

МЧС России функционирует в составе Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС), порядок организации и функционирования которой определяется соответствующим положением, последняя редакция которого была утверждена постановлением правительства РФ № 794 от 30.12.2003 г.

РСЧС включает функциональные и территориальные подсистемы, действующие на федеральном, региональном, территориальном, местном и объектовом уровнях. Для решения задач, стоящих перед РСЧС и МЧС России, на каждом уровне созданы соответствующие органы управления, основные из которых приведены в таблице 1.

В целях обеспечения управления в системах управления РСЧС в каждом субъекте Российской Федерации (муниципальном образовании) создаются системы связи, которые являются составной частью системы управления. При этом в связи с тем, что на МЧС России возложены задачи, требующие максимально оперативного выполнения, их качественное решение невозможно без широкого применения беспроводных сетей связи.

Таблица 1 - Органы постоянного и повседневного управления

Уровень управления Органы постоянного управления Органы повседневного управления

Федеральный МЧС России и спецподразделения ФОИВ НЦУКС, ЦУКС МЧС, ИЦ и ДДС ФОИВ

Региональный Региональные центры ГО ЧС ЦУКС региональных центров

Территориальный Территориальные органы управления ГО ЧС ЦУКС, ИЦ и ДДС территориальных органов управления

Местный (муниципальный) Муниципальные органы управления ГО ЧС ЕДДС муниципальных образований

Объектовый Структурные подразделения и уполномоченные ДЛ ГО ЧС ДДС организаций (объектов)

Законодательством Российской Федерации предусмотрено, что во время чрезвычайных ситуаций органы управления, занимающиеся их ликвидацией, имеют право на приоритетное использование любых сетей и средств связи независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности. Соответственно в роли средств БСС в интересах органов управления МЧС России могут использоваться как традиционные штатные средства радиосвязи, так и средства различных сетей беспроводного доступа, включая транкинговые и сотовые сети связи, других ведомств и коммерческих организаций.

Далее в диссертации приводятся примеры организация беспроводной связи в интересах МЧС России средствами конвенциальных (обычных) и тран-кинговых, а также сотовых сетей радиосвязи.

БСС являются сложными техническими системами, для эффективного управления которыми, так же как для управления другими системами в интересах органов управления МЧС России, должны использоваться современные автоматизированные информационные системы. В диссертации приводятся примеры известных ИС, используемых в МЧС России, в частности, комплекс АРМ-ГИС территориальных органов управления, и анализируются общие принципы построения информационных систем, обеспечивающих выполнение предъявляемых к ним требований со стороны органов управления МЧС России.

С учетом указанных принципов и особенностей планирования современных зоновых БСС с применением геоинформационных технологий в диссертации описывается разработанная обобщенная модель использования информационной системы планирования беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России (рисунок 1), на базе которой формулируется общая постановка задачи совместной оптимизации планируемых беспроводных сетей связи и информационных процессов планирования в виде:

т* = агцтт$„(т) \ К*(т) = а^тт$с{\*(т)) | <з(А7пии)едтр, (1)

где т* - обобщенная методика обработки информации при планировании сети, которая при минимальных затратах на планирование $п, с помощью ИС БСС позволит разработать проект сети А*, на развертывание и дальнейшее функционирование которой потребуются минимальные затраты $с, и при этом сеть сможет выполнить требования к качеству связи () е()тр в заданных условиях и.

О

Результаты функционирования сети

Условия функционирования сети

Рисунок 1 - Обобщенная модель использования информационных систем планирования беспроводных сетей связи в интересах органов управления МЧС

Постановка задачи (1) является декомпозицией более общей задачи минимизации суммарных затрат на процесс планирования $„ и на развертывание сети Sc- Однако различная структура данных затрат затрудняет строгое решение совместной оптимизационной задачи по критерию минимума $„+$с. В то же время в результате разработки обобщенной методики т* целесообразно иметь возможность оценки влияния на минимально необходимые затраты $ с объема рационально использованных затрат $„. При этом в роли показателя затрат на планирование $„ предлагается использовать традиционный для оптимизационных задач математического программирования параметр сложности 0(и), отражающий минимально необходимое количество операций (шагов, итераций) для вычисления оптимального решения при любом сочетании значений исходных данных объемом и.

Вторую оптимизационную задачу в (1) предлагается свести к трем взаимосвязанным задачам минимизации количества базовых станций (БС) пйс, количества частотных каналов на каждой станции пк и количества частот Kf (совместно определяющих суммарные затраты $с). Указанным задачам соответствуют три типовые задачи, последовательно решаемые на трех этапах частотно-территориального планирования (ЧТП) БСС, отличающихся целевой направленностью на выполнение различных составляющих требований пользователей (Qmp) к допустимым показателям достоверности (в зависимости от уровня сигнала) и своевременности (в зависимости от нагрузки), а также к обоим показателям (в зависимости от взаимных помех между различными БС и абонентскими терминалами - AT).

В качестве обобщенного показателя степени выполнения требований к достоверности на территории размещения AT ДЛ органов управления МЧС России предлагается использовать коэффициент покрытия К„,ж, характеризующий часть суммарной площади, на которой выполняются требования к достоверности, а в качестве обобщенного показателя степени выполнения требований к своевременности предлагается использовать коэффициент обслуживания Кобе, характеризующий часть суммарной абонентской нагрузки на всей заданной территории, которая обслуживается с заданным требованием по своевременности.

Во втором разделе разработаны математические модели информационных процессов анализа качества обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России.

В качестве математических моделей информационных процессов анализа качества обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России выступают методики обработки и последовательного преобразования исходной картографической информации о рельефе местности, о расположении абонентов и о беспроводной сети связи, в результате чего формируются специальные слои матричных карт, характеризующие конфигурацию зон покрытия и обслуживания.

Заданию территории возможного размещения на матричной карте соответствует задание множества координат {X, У*} всех элементарных площадок размером Лхх Лу = g = (Агу)2. При этом матричный формат карты предполагает запоминание не координат соответствующих площадок, а признаков принадлежности к обслуживаемой территории Уху , х= 1,..., Их, у ..., Иу, каждой отдельной клетки матрицы размером Их х Му, охватывающей заданную территорию, т. е.

Аналогичным образом в виде матричной карты соответствующих признаков покрытия обозначаются результаты расчета конфигурации зон покрытия отдельными БС {П1ху}, / = 1,..., нБс> или всеми БС {Пху}. Для формирования указанных матриц (цифровых карт) покрытия необходимо знать уровни сигналов, результаты расчета которых для соответствующих элементарных площадок представляются в виде матрицы (цифровой карты) медианного уровня сигналов {Рстмху},

На основании карты уровней сигнала от каждой /-й БС {Рситм,ху}, зная требуемое значение медианного уровня Р"сигм, формируется карта покрытия данной БС следующим образом:

Расчет карты покрытия всеми БС {Пху} выполняется путем следующего преобразования карт покрытия отдельных БС {П,ху}, / - 1.....'Ьх-

(2)

(3)

(=1

После этого вычисляется коэффициент покрытия

(Ч *у ^ («г "У Л

^ПОК II П*у / I2Х

1^=1 .н ^=1^=1 )

Для формирования описанных выше карт уровней сигналов и карт покрытия необходимо в общем случае рассчитать медианный уровень сигнала «бс раз для каждой клетки обслуживаемой территории, т. е. в худшем случае лвсЛ^уу раз. Следовательно, затраты времени на однократный расчет уровня сигнала выступают коэффициентом пропорциональности общих временных затрат. На величину данных временных затрат в значительной степени влияют используемые методики расчета ослабления радиоволн, учитывающие различные исходные данные о рельефе местности и, соответственно, отличающиеся точностью расчетов.

В диссертации рассмотрены три класса моделей распространения радиоволн (РРВ), различным образом учитывающих рельеф местности: 1) не учитывающие рельеф (модели рассеяния в свободном пространстве, прямой видимости и статистические); 2) учитывающие степень неровности рельефа ЛИ в различных направлениях от БС; 3) учитывающие рельеф между любой парой мест размещения АТ и БС.

В целом показано, что использование более точных, но и более сложных из рассмотренных методик приводит в большинстве случаев к более пессимистичным, но более обоснованным результатам оценки зон покрытия. Приводится методика повышения точности расчетов за счет настройки (калибровки) используемых моделей РРВ на основании измерений уровня сигнала на отдельных площадках.

Показано влияние на конфигурацию зон покрытия диаграмм направленности антенн (ДНА) БС. Рассмотрен типовой формат табличного описания ДНА в виде двух одномерных диаграмм в ортогональных плоскостях и предложена методика использования подобных исходных данных для уточнения конфигурации зон покрытия с учетом различных наклонов и крена антенн.

Наличие энергетического покрытия мест возможного нахождения АТ не гарантирует успешного установления связи между данными АТ и БС, поскольку на ограниченное число каналов БС может претендовать слишком большое количество АТ. В диссертации предложена методика расчета конфигурации зон обслуживания с учетом пространственного распределения входящей нагрузки с использованием цифровых карт местности.

Информацию о заданном распределении нагрузки предлагается хранить в виде матрицы, элементы которой соответствуют элементарным квадратным

матрицы значений удельной нагрузки !/\>}, приходящейся на каждую конкретную площадку с координатами {х, у}, х- 1,..., Л',; у = 1,..., Ыу.

Значения элементов матрицы удельной нагрузки {рху\ должны быть согласованы со значениями элементов матрицы признаков принадлежности к обслуживаемой территории {Уху}:

На основании найденной конфигурации зоны покрытия отдельной ;-й БС {П,ху\ вычисляется максимальная входная нагрузка р, на ее входе при отсутствии перекрытия с зонами покрытия других БС:

Далее на основании заданного алгоритма множественного доступа к /-й БС и дисциплины обслуживания определяется вероятность своевременного предоставления каналов Ри в зоне покрытия данной БС. В диссертации представлены математические модели процесса обслуживания АТ в зоне покрытия отдельных БС при типовых алгоритмах множественного доступа в БСС. Приведена методика формирования матрицы удельной нагрузки (модели трафика) в зависимости от типа местности и наземных объектов, а также методика настройки (калибровки) данной матрицы с учетом результатов статистических измерений параметров процесса обслуживания отдельных абонентов.

По аналогии с картой_покрытия /-й БС {П1ху], единичные значения элементов которой соответствуют выполнению неравенства Р^Ху > Р*с, после вычисления величины Ри формируется карта обслуживания /-й БС {Ощ\, единичные значения элементов которой соответствуют дополнительному выполнению неравенства Ри > Р к :

площадкам матричной карты с площадью g = (Л„)2. При этом непрерывное распределение плотности нагрузки р(х,у), {х, у} е {X, К*}, будет иметь вид

(6)

(7)

1, (уху=\)п (рсиг мц>, > />;иг м; п (рк, > р;); о, (гху = о) и (рст шху < />;ИГ м; и (рк, < р;_).

см г шху

После завершения анализа качества обслуживания в зонах покрытия всех БС вычисляется коэффициент обслуживания А'обс на всей территории размещения АТ:

В формуле (9) учитывается возможное перекрытие зон покрытия и, соответственно, зон обслуживания путем подсчета удельных нагрузок во всех клетках, которые входят хотя бы в одну зону обслуживания.

В последнем подразделе второго раздела описана модель взаимного влияния сигналов БС и АТ при заданном их пространственном частотно-энергетическом распределении по цифровой карте местности. Показана целесообразность для оценки электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС) БСС использования граничных оценок «на наихудший случай». Разработаны методики уточнения конфигурации зон покрытия и обслуживания с учетом заданной расстановки частот. Показаны отличительные особенности методик расчета зон покрытия и обслуживания для сетей с кодовым разделением каналов, используемых в интересах органов управления МЧС России.

В третьем разделе разработаны методы оптимизация информационных процессов обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России.

Показано, что решаемая при планировании БСС оптимизационная задача в общем случае может быть решена только итерационным перебором количества БС N и возможных значений управляемых параметров V с выполнением на каждой итерации / процедуры проверки выполнения заданных требований. Обобщенный алгоритм решения данной задачи представлен на рис. 2.

В рамках разработанной методики проведен анализ сложности решения поставленной задачи. Степень сложности оценивалась количеством элементарных вычислительных операций 0(и), необходимых для получения искомого наилучшего результата. Проведенный анализ сложности показал, что для решения указанной оптимизационной задачи в худшем случае может потребоваться полный перебор максимального количества сочетаний варьируемых параметров, что, как правило, является недопустимым по времени, но отражает верхнюю оценку затрат £„.

"БС

Р*у 1-ПП-О,:

V /=1

ху

(9)

Рисунок 2 - Обобщенный алгоритм оптимизации БСС при планировании связи

Анализ последовательности решаемых задач при планировании БСС с использованием ГИТ позволил разделить их на три (совместно влияющих на итоговое время расчетов) вложенных уровня, отличающиеся классами используемых алгоритмов принятия решения.

Верхний уровень: определение состава и пределов управляемых (варьируемых) параметров, а также уточнение цели расчетов и состава задач.

Средний уровень: выбор и реализация правила (последовательности) перебора варьируемых параметров и учитываемых внешних факторов.

Нижний уровень: вычисление частных показателей качества функционирования БСС при выборе очередных перебираемых параметров.

На основе анализа сложности основных этапов решения задачи синтеза БСС в интересах органов управления МЧС России предложены методы оптимизации промежуточных вычислений за счет предсказания ожидаемых результатов на основе граничных оценок, вытекающих из исходных данных и предшествующих результатов расчетов. Граничные оценки базируются на коррелированности результатов расчета для близких площадок и на предельно достижимых укладках по пространству, нагрузке и распределению частот между БС.

Еще одним методом снижения сложности решения указанной задачи является ее декомпозиции на более простые частные задачи. На рисунке 3 приведены два предложенных варианта декомпозиции общей задачи синтеза БСС в интересах органов управления МЧС России для сетей с частотно-временным и с кодовым разделением каналов доступа, характерным, соответственно, для сетей второго (2G) и третьего (3G) поколения (generation).

В последнем подразделе третьего раздела разработаны предложения по реализации элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на базе специализированных программных комплексов (ПК) планирования связи (рисунок 4). Разработаны предложения по реализации упрощенных методов расчета беспроводных сетей связи специального назначения на базе граничных оценок в учебной информационной системе NetSw. Более сложные разработанные методики расчетов были реализованы в профессиональном программном комплексе ONEPLAN RPLS.

Рисунок 3 - Декомпозиция общей задачи обеспечения заданного качества связи на более простые частные задачи обеспечения требуемых значений промежуточных показателей

С использованием ПК (ЖЕРЬАЫ были выполнены расчеты качества обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на примере сотовой БСС в зданиях, а также в городских кварталах г.Калининграда в зонах чрезвычайных ситуаций, прогнозируемых с помощью ИС территориального органа МЧС на базе АРМ-ГИС.

На рисунке 5 приведены примеры картографического представления результатов моделирования в г.Калининграде последствий взрыва газовоздушной смеси с учетом дрейфа (с помощью АРМ-ГИС) и последствий возрастания нагрузки на БСС (с помощью ИС БСС на базе ONEPLAN ЯРЬБ) после ЧС в том же районе (темным участкам соответствуют места с плохим качеством связи из-за повышенной интерференции). В работе показано, что за счет предложенной оптимизации распределения частот можно снизить потери покрытия и обслуживания более чем в два раза.

Рисунок 4 - Информационно-логическая структура ИС БСС МЧС на базе специализированного программного комплекса

Моделирование качества связи при возрастании нагрузки после ЧС

Рисунок 5 - Примеры изображения результатов расчета с помощью АРМ-ГИС и ИС БСС

В заключении излагаются итоги работы. Перечисляются полученные научные и практические результаты, приводятся сведения о внедрении и практическом использовании полученных результатов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Выполнен анализ потребностей органов управления МЧС России в услугах беспроводной связи и показаны способы их удовлетворения штатными средствами конвенциональной радиосвязи, а также средствами вневедомственных транкинговых и сотовых сетей связи. Проанализированы общие принципы построения информационных систем МЧС России и методы планирования беспроводных сетей связи с использованием геоинформационных технологий.

2. Разработана модель использования информационных систем планирования беспроводных сетей связи в интересах органов управления МЧС России, на базе которой сформулирована общая постановка задачи совместной оптимизации планируемых беспроводных сетей связи и информационных процессов планирования.

3. Разработаны математические модели информационных процессов анализа качества обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России, описываемых последовательностью обработки и преобразования картографической информации о рельефе местности, о расположении абонентов и о беспроводной сети связи в виде методик последовательного формирования и уточнения слоев матричных карт, характеризующих конфигурацию зон покрытия и обслуживания.

4. Разработан обобщенный алгоритм решения задачи синтеза беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России с использованием геоинформационных технологий и приведена оценка сложности ее решения. Для снижения сложности решения данной задачи предложены методы ее декомпозиции на более простые задачи и методы использования граничных оценок.

5. Разработаны предложения по реализации упрощенных методов расчета беспроводных сетей связи специального назначения на базе граничных оценок в учебной информационной системе. Разработаны предложения по реализации элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на базе специализированных программных комплексов планирования связи.

6. С использованием разработанных программно реализованных методик обработки информации выполнены расчеты сотовой беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России в зданиях, а также в городских кварталах в зонах чрезвычайных ситуаций, прогнозируемых с помощью информационной системы территориального органа МЧС России на базе комплекса АРМ-ГИС.

7. Использование программно реализованных элементов предлагаемой информационной системы позволяет существенным образом повысить достоверность прогнозируемого качества связи и сократить время принятия решений на построение беспроводных сетей связи с заданным качеством в интересах органов управления МЧС России.

Основные опубликованные работы по теме диссертации:

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Василевич Е.В., Одоевский С.М. Особенности построения информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС // Научно-аналитический журнал «Проблемы управления рисками в техносфере» № 4, 2008 г.- СПб.: СПбУ ГПС МЧС России, 2008. 1,0 / 0,5 п.л.

Статьи во всероссийских, региональных и ведомственных научных журналах и изданиях:

2. Василевич Е.В., Гречишкин B.C., Сачков В.А. Использование мобильной связи для передачи ЯКР данных // Материалы XXXIX научной конференции ППС, научных сотрудников, аспирантов и студентов. 4.6. Калининград: КГУ, 1998. 0,2/0,1 п.л.

3. Василевич Е.В., Гречишкин B.C., Перспективы развития цифровых стандартов сотовой связи // Материалы XXIX научной конференции ППС, научных сотрудников, аспирантов и студентов. 4.6. Калининград: КГУ, 1998. 0,2/0,1 п.л.

4. Василевич Е.В., Сачков В.А. Оптимизация дистанционного наблюдения ЯКР // Материалы 2-й отраслевой конференции аспирантов и соискателей «Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров». Калининград: БГА рыбопромыслового флота, 1999. 0,2/0,1 п.л.

5. Василевич Е.В., Долматов Е.А., Одоевский С.М. Методика планирования мультисервисных сетей сотовой связи с кодовым разделением каналов доступа // Труды академии связи. Научно-технический сборник № 68. СПб: ВАС, 2007. 0,4 / 0,2 п.л.

6. Василевич Е.В., Клюев А.Б., Одоевский С.М. Особенности планирования сетей мобильной связи с кодовым разделением каналов при помощи программного комплекса ONEPLAN RPLS-CDMA // Сети мобильной связи: планирование, оптимизация, управление. СПб: СПБГУТ-ИА «Энергомашиностроение», 2007. 0,4 / 0,2 п.л.

7. Василевич Е.В. Методологические основы применения программного комплекса ONEPLAN RPLS для планирования пикосотовой структуры сети мобильной связи // Сети мобильной связи: планирование, оптимизация, управление. СПб: СПБГУТ-ИА «Энергомашиностроение», 2007. 0,4 п.л.

8. Василевич Е.В. Математическая модель информационных процессов обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС // Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Материалы МНПК,- СПб: СПбУГПС, 2008. 0,2 п.л.

9. Василевич Е.В. Планирование сетей сотовой связи с учетом потребностей информационных систем предупреждения чрезвычайных ситуаций //Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций. Сборник материалов VIII НПК- М.: Центр «Антистихия», 2008. 0,2 п.л.

10. Василевич Е.В., Одоевский С.М. Учебная информационная система моделирования телекоммуникационных сетей специального назначения. Калининград: РГУ им.И.Канта, 2009. 3,0 / 1,5 п.л.

Подписано в печать 20.02.2009 г. Формат 60*84 1/16

Печать цифровая. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОСТРОЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗЬЮ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ МЧС РОССИИ.

1.1 Потребности органов управления МЧС России в услугах беспроводной связи и способы их удовлетворения.

1.1.1 Обобщенная характеристика условий обеспечения связи в интересах органов управления МЧС России.

1.1.2 Организация связи при чрезвычайных ситуациях.

1.1.3 Организация беспроводной связи в интересах МЧС России средствами конвенциальных и транкинговых сетей радиосвязи . . т-.

1.1.4 Организация беспроводной связи в интересах МЧС России средствами сотовых сетей радиосвязи.

1.2 Анализ особенностей построения информационных систем, применяемых в системах управления МЧС России.

1.2.1 Примеры информационных систем в интересах органов управления МЧС России.

1.2.2 Анализ информационной системы территориального органа МЧС России на базе комплекса АРМ-ГИС.

1.2.3 Принципы построения информационных систем МЧС России, обеспечивающих выполнение предъявляемых к ним требований.

1.3 Анализ проблем создания информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России.

1.3.1 Сравнительный анализ методов планирования беспроводных сетей связи.

1.3.2 Автоматизация планирования беспроводных сетей связи с использованием геоинформационных технологий.

1.3.3 Обобщенная модель использования информационной системы планирования беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России.

1.4 Выводы по первому разделу.

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ АНАЛИЗА КАЧЕСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗЬЮ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ МЧС РОССИИ.

2.1 Обработка информации о качестве покрытия территории обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России

2.1.1 Параметры сигналов на входе базовой станции и абонентского терминала.

2.1.2 Методика расчета конфигурации зон покрытия с учетом влияния рельефа местности.

2.1.3 Методика уточнения конфигурации зон покрытия с учетом влияния диаграмм направленности антенн.

2.1.4. Методика калибровки моделей распространения радиоволн

2.2 Обработка информации о качестве обслуживания территории обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России.

2.2.1 Методика расчета конфигурации зон обслуживания с учетом пространственного распределения входящей нагрузки.

2.2.2 Математические модели процесса обслуживания абонентов в зоне покрытия отдельной базовой станции.

2.2.3 Методика формирования матрицы удельной нагрузки в зоне обслуживания беспроводной сети связи.

2.2.4 Методика калибровки модели трафика.

2.3 Уточнение конфигурации зон покрытия и обслуживания с учетом взаимных помех.

2.3.1 Модель взаимного влияния сигналов базовых станций и абонентских терминалов.

2.3.2 Методика уточнения конфигурации зон покрытия с учетом заданной расстановки частот.

2.3.3 Методика уточнения конфигурации зон обслуживания с учетом заданной расстановки частот.

2.3.4 Отличительные особенности расчета конфигурации зон покрытия и обслуживания при планировании беспроводных сетей связи с кодовым разделением каналов доступа.

2.4 Выводы по второму разделу.

3 ОПТИМИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗЬЮ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ МЧС РОССИИ.

3.1 Оптимизация информационных процессов поиска рациональных способов построения беспроводных сетей связи в интересах органов управления МЧС России.

3.1.1 Уточнение постановки задачи и обобщенный алгоритм ее решения.

3.1.2 Оценка сложности решения задачи.

3.1.3 Способы оптимизации информационных процессов синтеза структуры беспроводных сетей связи на основе геоинформационных технологий.

3.2 Методы оптимизации промежуточных вычислений.

3.2.1 Декомпозиция общей задачи на последовательность более простых частных задач.

3.2.2 Методы ускорения расчетов за счет использования граничных оценок исходных данных и промежуточных результатов

3.2.3 Методы сокращения количества перебираемых вариантов расстановки частот.

3.3 Предложения по реализации разработанных элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России.

3.3.1 Построение информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на базе специализированных программных комплексов планирования связи.

3.3.2 Реализация упрощенных методов расчета беспроводных сетей связи специального назначения в учебной информационной системе NetSw.

3.3.3 Реализация элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на базе программного комплекса ONEPLAN RPLS.

3.3.4 Примеры использования программно реализованных элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России.

3.4 Выводы по третьему разделу.

Одной из отличительных особенностей стремительно развивающегося рынка телекоммуникационных услуг во всем мире и в России, в частности, является растущий спрос на услуги беспроводной мобильной связи. Беспроводные сети связи (БСС) играют важную роль и среди телекоммуникационных систем (ТКС), обеспечивающих функционирование распределенных в пространстве информационных систем (ИС) органов управления (ОУ) МЧС России.

Именно на БСС возлагаются обычно задачи своевременного обмена актуальной информацией между любыми местами расположения должностных лиц (ДЛ) и (или) технических средств (ТС) МЧС России, в том числе, и в движении. Причем использоваться БСС могут как в повседневной обстановке, так и в особых условиях, в частности, в ходе ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС) в районах с полностью или частично разрушенной местной телекоммуникационной инфраструктурой.

В роли средств БСС в интересах органов управления МЧС России могут использоваться как традиционные штатные средства радиосвязи, так и средства различных сетей беспроводного доступа, включая транкинговые и сотовые сети связи, других ведомств и коммерческих организаций.

Так, законодательством Российской Федерации предусмотрено, что во время стихийных бедствий, карантинов и других чрезвычайных ситуаций, органы управления, занимающиеся их ликвидацией, имеют право на приоритетное использование любых сетей и средств связи независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности.

Известно, что связь — это основной технический элемент обеспечения устойчивого управления. Однако вопросам организации и обеспечения непрерывной связи на всех этапах проведения мероприятий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций уделяется пока не достаточно внимания. В частности среди известных информационных систем, используемых в интересах органов управления МЧС России, в настоящее время отсутствуют специализированные информационные системы обеспечения указанных органов управления надежной беспроводной связью. В то же время в БСС коммерческих организаций, которые могут использоваться в интересах органов управления МЧС России, применяются подобные специализированные ИС планирования связи, построенные на базе геоинформационных технологий (ГИТ).

Подобные коммерческие ИС позволяют достаточно точно прогнозировать качество радиосвязи на обширной территории и предоставляют информационную поддержку принятия решений по обеспечению заданных требований к связи. Однако вопросы использования указанных ИС для планирования БСС в интересах органов управления МЧС России в достаточной степени не проработаны.

В теоретическом плане, вопросам совершенствования процессов планирования (проектирования) беспроводных сетей связи с использованием специализированных информационных систем поддержки принятия решений были посвящены многие публикации, диссертационные и научно-исследовательские работы, например, [2-3, 6-9, 24-26, 29-30, 32-33, 40, 43, 4950, 59-64, 67, 73-74, 81, 83, 88-89, 98, 101]. В части данных работ [3, 7, 29-30, 40, 43, 59-64, 73, 93, 98] делается упор на использование ГИТ. Однако приведенные в данных публикациях методики анализа и отдельные решенные оптимизационные задачи не позволяют разрешить противоречие между оперативностью и обоснованностью принимаемых решений по развертыванию беспроводных сетей связи в интересах органов управления МЧС России.

Таким образом, целью настоящего диссертационного исследования является повышение эффективности планирования беспроводных сетей связи в интересах органов управления МЧС России за счет использования специализированных информационных систем.

Объектом исследования в диссертации являются информационные системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России.

Предметом исследования являются информационные процессы, модели, методы, методики и программные средства решения задач планирования связи с целью использования в информационных системах обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России.

Для достижения указанной выше цели в диссертации решается следующая научная задача: разработать модели, методы и методики обработки информации в информационных системах обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России при решении задач планирования связи с использованием геоинформационных технологий.

Для решения указанной основной научной задачи, в работе поставлены и решены следующие частные научные задачи:

1. Анализ потребностей органов управления МЧС России в услугах беспроводной связи и способов их удовлетворения штатными средствами конвенциональной радиосвязи, а также средствами вневедомственных тран-кинговых и сотовых сетей связи.

2. Анализ принципов построения информационных систем МЧС России и методов планирования беспроводных сетей связи с использованием геоинформационных технологий.

3. Разработка модели использования информационных систем планирования беспроводных сетей связи в интересах органов управления МЧС России.

4. Разработка методики формирования конфигурации зон покрытия с использованием настраиваемых моделей распространения радиоволн (РРВ) и с учетом влияния рельефа местности и диаграмм направленности антенн.

5. Разработка методики формирования конфигурации зон обслуживания с использованием настраиваемых моделей трафика и матрицы удельной нагрузки с учетом заданных процессов обслуживания абонентов.

6. Разработка методики уточнения конфигурации зон покрытия и обслуживания с учетом взаимных помех при заданной расстановке частот и при использовании кодового разделения каналов доступа.

7. Разработка обобщенного алгоритма решения задачи синтеза сети беспроводной связи и оценка сложности ее решения.

8. Разработка методов снижения сложности решения задачи синтеза беспроводной сети связи за счет ее декомпозиции на более простые задачи и за счет использования граничных оценок исходных данных и промежуточных результатов.

9. Разработка предложений по реализации упрощенных методов расчета беспроводных сетей связи специального назначения на базе граничных оценок в учебной информационной системе.

10. Разработка предложений по реализации разработанных элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на базе специализированных программных комплексов планирования связи.

В ходе исследований и решения приведенных выше задач в работе использовались методы системного анализа, теории вероятности, теории массового обслуживания, математической статистики, комбинаторики и математического программирования.

На защиту выносятся следующие основные результаты исследований:

1. Обобщенная модель использования информационной системы планирования беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России.

2. Методики обработки информации о качестве обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на заданной территории.

3. Методы оптимизации информационных процессов поиска рациональных способов построения беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России.

4. Предложения по реализации и использованию элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на базе специализированных программных комплексов планирования связи.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. Обобщенная модель использования информационной системы планирования беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России отличается согласованным учетом данных о параметрах планируемой сети и показателей информационных процессов обработки этих данных при решении задач анализа и синтеза БСС с помощью указанной информационной системы.

2. Методики обработки информации о качестве обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на заданной территории отличаются использованием настраиваемых аналитических моделей распространения радиоволн и обслуживания абонентского трафика, параметры которых представляют собой специальные матричные карты.

3. Методы оптимизации информационных процессов поиска рациональных способов построения беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России отличаются использованием граничных оценок рассчитываемых параметров и учетом их логической взаимосвязи для декомпозиции общей сложной задачи обеспечения заданного качества связи на частные более простые задачи обеспечения покрытия, обслуживания и электромагнитной совместимости (ЭМС).

4. Предложения по реализации и использованию элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на базе специализированных программных комплексов планирования связи отличаются программными модулями, разработанными в соответствии с предлагаемыми моделями, методами и методиками обработки информации.

Обоснованность научных результатов обеспечивается строгим использованием общепринятого математического аппарата и логичными умозаключениями на основе общеизвестных фактов.

Достоверность научных результатов обеспечивается экспериментальными доказательствами основных положений работы и практической апробацией предложенных методов и моделей на реальных данных при решении практических задач.

Научно-практическая ценность полученных результатов диссертационных исследований заключается в том, что разработанные в диссертации элементы информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России реализованы в специализированных программных средствах планирования беспроводных сетей связи. Использование программно реализованных элементов предлагаемой информационной системы позволяет существенным образом повысить достоверность прогнозируемого качества связи и сократить время принятия решений на построение БСС с заданным качеством связи в интересах органов управления МЧС России.

Научные результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы при разработке новых специализированных информационных систем обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России, а также при использовании существующих вспомогательных информационных систем МЧС России (например, комплекса автоматизированных рабочих мест территориальных органов управления АРМ-ГИС) совместно с программным обеспечением планирования беспроводных сетей связи взаимодействующих ведомств и коммерческих организаций.

Результаты диссертационного исследования реализованы в Военной академии связи (г. Санкт-Петербург), в Санкт-Петербургском морском техническом университете, в Российском государственном университете им. И.Канта (г. Калининград), в ООО «Инфотел» (г. Санкт-Петербург), в ОАО «Вымпелком», а также в главном управлении МЧС России по Калининградской области.

По материалам диссертационной работы имеется 10 печатных публикаций [12-21], в том числе статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ [12].

Научные результаты, полученные в ходе исследований, докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры автоматики и сетевых технологий Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России, а также на следующих научно-практических конференциях:

XXXIX научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников, аспирантов и студентов КГУ. Калининград, апрель 1998 г.;

2-й отраслевой конференции аспирантов и соискателей «Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров». Калининград:, апрель 1999 г.;

VIII научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций», Санкт-Петербург, октябрь 2008 г.; региональной научно-технической конференции «Региональная информатика - 2008», Санкт-Петербург, ноябрь 2008 г.; международной научно-практической конференции «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций», Санкт-Петербург, ноябрь 2008 г.

Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения, перечня использованных источников и приложения.

3.4 Выводы по третьему разделу

1. На основе исходных данных, полученных на этапе анализа (раздел 2), и в соответствии с поставленной научной задачей (подраздел 1.3.3) разработан обобщенный алгоритм оптимизации БСС МЧС при планировании связи.

2. Многомерность и сложность решаемой задачи обусловили необходимость определения подходов к ее решению за приемлемое время и разработки методов оптимизации вычислений на основе использования геоинформационных технологий.

3. На основе анализа сложности решения задачи синтеза БСС предложены методы оптимизации промежуточных вычислений за счет декомпозиции общей задачи на несколько частных и оптимизации промежуточных вычислений при решении каждой из них путем предсказания ожидаемых результатов на основании граничных оценок, вытекающих из исходных данных и из предшествующих результатов расчета.

4. Рассмотрены варианты программной реализации разработанных элементов ИС БСС МЧС на базе специализированных программных комплексов планирования связи, а также в учебной информационной системе NetSw.

5. Описана реализация элементов ИС БСС МЧС на базе специализированного программного комплекса ONEPLAN RPLS и продемонстрировано использование реализованной методики калибровки модели РРВ для планирования пикосотовой БСС МЧС в здании.

6. На базе программной реализации методики калибровки модели трафика и методики оптимизированного распределения частот продемонстрировано использование ИС БСС в интересах органов управления МЧС России на примере планирования сотовой связи в зоне чрезвычайных ситуаций, прогнозируемых с помошью информационной системы территориального органа МЧС России на базе комплекса АРМ-ГИС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной диссертационной работе решена научная задача разработки моделей, методов и методик обработки информации в информационных системах обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России при решении задач планирования связи с использованием геоинформационных технологий.

В результате решения указанной научной задачи были получены следующие основные научные результаты:

1. Разработана обобщенная модель использования информационных систем планирования беспроводных сетей связи в интересах органов управления МЧС России.

2. Разработаны методики обработки информации о качестве обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на заданной территории.

3. Разработаны методы оптимизации информационных процессов поиска рациональных способов построения беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России.

4. Разработаны предложения по реализации и использованию элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на базе специализированных программных комплексов планирования связи.

Практическими результатами работы являются следующие:

1. Разработаны предложения по реализации упрощенных методов расчета беспроводных сетей связи специального назначения на базе граничных оценок в учебной информационной системе

2. Разработаны предложения по реализации элементов информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС

России на базе специализированных программных комплексов планирования связи, в частности, на базе ПК ОМЕРЬАЫ КРЬ8.

4. С использованием разработанной программно реализованной методики калибровки модели РРВ выполнены расчеты пико сотовой беспроводной сети связи в интересах органов управления МЧС России в здании.

5. На базе программной реализации методики калибровки модели трафика и методики оптимизированного распределения частот продемонстрировано использование информационной сети обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России на примере планирования сотовой сети связи в зонах чрезвычайных ситуаций, прогнозируемых с помошью информационной системы территориального органа МЧС России на базе комплекса АРМ-ГИС.

Научно-практическая ценность полученных результатов диссертационных исследований заключается в том, что разработанные в диссертации элементы информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России реализованы в специализированных программных средствах планирования беспроводных сетей связи. Использование программно реализованных элементов предлагаемой информационной системы позволяет существенным образом повысить достоверность прогнозируемого качества связи и сократить время принятия решений на построение БСС с заданным качеством связи в интересах органов управления МЧС России.

Научные результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы при разработке новых специализированных информационных систем обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС России, а также при использовании существующих вспомогательных информационных систем МЧС России (например, АРМ-ГИС) совместно с программным обеспечением планирования беспроводных сетей связи взаимодействующих ведомств и коммерческих организаций.

1. Артамонов B.C., Кадулин В.Е., Козленко Р.Н. Концепция единого информационно-функционального пространства органов управления МЧС России // Вестник СПбИГПС, 2003.- №3.- С.54-55.

2. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Дмитриев В.И. Системы мобильной связи-СПб.: ВАС, 1998.-330с.

3. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Михайлов П. А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование СПб.: СПГУТ, 2000 - 196с.

4. Бадалов A.JL, А.С.Михайлов. Нормы на параметры электромагнитной совместимости РЭС. М.: Радио и связь, 1990.

5. Бахарев К.С. Региональная информационная система мониторинга объектов водозабора и водоочистки. Дисс. канд. техн. наук- СПб.: СПбУГПС, 2008.

6. Безлюдников O.JI. и др. Автоматизация анализа рельефа местности при расчете напряженности поля радиосигналов // Радиотехника 2001.- № 9.-Журнал в журнале: Радиосистемы.-Вып.56 —2001.—№ 1.-С.86-88.

7. Бутенко В.В., Зарембо В.И., Иванов А.Н., Кривошеин С.А., Гриненко И.Н. Компьютерное моделирование и расчет зон радиопокрытия как элемент системного проектирования сетей персонального радиовызова // Мобильные системы 2001 - № 4.- С.47-53.

8. Быховский М.А. Методика анализа ЭМС сотовых систем сухопутной подвижной связи с кодовым разделением каналов и PPJI // Электросвязь.- 1997.-№ 7.- С. 17-20.

9. Быховский М.А. Частотное планирование сотовых сетей подвижной радиосвязи // Электросвязь 1993 - № 8 — С.25-28.

10. В Нижнем Новгороде запущена радиосвязь стандарта ТЕТРА. Статья на сайте группы компаний ARKAN от 19.03.2008г.— www.arkan-group.ru

11. В течение 2009 года будет создан системный проект по обеспечению бесперебойного действия всех сетей связи в чрезвычайных ситуация.— Российская газета, 19.01.2009.

12. Василевич В.В., Одоевский С.М. Особенности построения информационной системы обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС // Проблемы управления рисками в техносфере СПб: СПбУГПС, 2008.-№4.

13. Василевич Е.В. Математическая модель информационных процессов обеспечения беспроводной связью органов управления МЧС // Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Материалы МНПК- СПб: СПбУГПС, 2008.

14. Василевич E.B. Планирование сетей сотовой связи с учетом потребностей информационных систем предупреждения чрезвычайных ситуаций //Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций. Сборник материалов VIII НПК- М.: Центр «Антистихия», 2008.

15. Василевич Е.В., Гречишкин B.C., Перспективы развития цифровых стандартов сотовой связи // XXIX научная конференция ППС, научных сотрудников, аспирантов и студентов: Тезисы докладов. 4.6. — Калининград: КГУ, 1998.

16. Василевич Е.В., Гречишкин B.C., Сачков В.А. Использование мобильной связи для передачи ЯКР данных // XXXIX научная конференция ППС, научных сотрудников, аспирантов и студентов:— 4.6. — Калининград: КГУ, 1998.

17. Василевич Е.В., Одоевский С.М. Учебная информационная система моделирования телекоммуникационных сетей специального назначения. Калининград: РГУ им.И.Канта, 2009.

18. ВасилевичЕ.В., Долматов Е.А., Одоевский С.М. Методика планирования мультисервисных сетей сотовой связи с кодовым разделением каналов доступа.// НТС № 68. Тр. академии СПб: ВАС, 2007.

19. Василенко Г.О., Милютин Е.Р. Расчет показателей качества и готовности цифровых линий связи — СПб.: «Линк», 2007.

20. Вихарев Е.В., Ерышев В.Г. Солдатов A.B. Анализ влияния ошибок управления энергетическими ресурсами в радиолиниях с кодовым разделением каналов // Телекоммуникационные технологии СПб: НТС, 2001.- Вып.1— С.37-42.

21. Волков Е.А., Куликов В.В., Бурьянов О.Н. Методики расчетов военных радиорелейных и тропосферных линий связи с аналоговыми и цифровыми сигналами при планировании их развертывания.— С.-Пб.: ВАС, 1993.- 194с.

22. Гетманов В.А. и др. Обеспечение ЭМС при ЧТП систем сотовой связи. Республика Беларусь. Компания «БелСелл» // Электросвязь— 1996.-№5.

23. Гребенюк В.А., Панченко В.Е. Методика расчета допустимых потерь при автоматизированной оценке ЭМС РЭС с целью оптимизации выбора радиочастот // Электросвязь — 1997 № 1.

24. Гусев H.H. Методология создания и эксплуатации информационной системы мониторинга и безопасности зданий и сооружений опасных производственных объектов и гидротехнических сооружений. Дисс. докт. техн. наук.- СПб.: СПбУГПС, 2008.

25. Джейке У.К. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ / Под ред. М.С. Ярлыкова. М.: Связь, 1979. - 520 с.

26. Дмитриев В.И., Зайчик Е.М. Автоматизированное прогнозирование территории обеспечения зоновых сетей связи.- СПб.: ВАС, 1997 112с.

27. Дондик Е.М. и др. Расчетно-информационная система «Терра-РЭС» // Электросвязь.- 2001.- № 4 С.47-49.

28. Дурынин В.В., Хохленко Ю.Л., В.Д.Челышев, В.В.Якимовец. Радиоинтерфейсы наземных систем мобильного радиосервиса / Под ред.

29. B.Д.Челышева СПб.: ВУС, 2001.- 236с.

30. Живуцкий B.JI. и др. Автоматизация подготовки данных для ПП ЭВМ о рельефе местности в интересах обеспечения ЭМС // Электросвязь— 1992.-№7.

31. Золотов С.И. и др. Метод оценки эффективности способов назначения частот РЭС в территориальном районе // Электросвязь 2001 - № 9.—1. C.17-19.

32. Иванов А.Ю. Обеспечение выполнения требований к информационным системам МЧС России на основе структурной адаптации распределенных баз данных. Вестник СПбИГПС.- 2005 - №3 (10).- С.41-46.

33. Информационная система обеспечения пожарной безопасности строящихся и ремонтируемых судов. Дисс. канд. техн. наук.- СПб.: СПбУГПС, 2006.

34. Калинин А.И. Распространение радиоволн на трассах наземных и космических радиолиний.-М.: Связь, 1979-296с.

35. Калюка В.И., Солдатов A.B. Комплекс мер по обеспечению безопасности использования беспроводных сетевых мостов // Вооруженные Силы и реформы в России. Межвузовский сборник научных трудов. Вып.№2,- СПб: ВУС, 2001.- С.257-259.

36. Карташевский В.Г., Семенов С.Н. Фирстова Т.В. Сети подвижной связи.- М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001.- 232с.

37. Комплекс автоматизированных рабочих мест геоинформационной системы территориального органа МЧС России. Комплекс «АРМ-ГИС». Состав и технические характеристики комплекса — М.: ЦИЭКС, 2007.

38. Компьютерные инструменты планирования радиосетей RPS-2 и RADIUS. Центр компьютерных технологий М: МГИЭТ(ТУ), 1993.

39. Кононов В.И., Омелин В.М., Снежко В.К. Методика расчета радиорелейных линий связи на ЦВМ JL: ВАС, 1978 - 37с.

40. Королев Ю.К., Кищинская И.В. ГИС в телекоммуникационной отрасли // Технологии и средства связи 2000 - № 4 — 32-33.

41. Краснов A.B. Информационная система обеспечения безопасности музейных комплексов. Дисс. канд. техн. наук-СПб.: СПбУГПС, 2007.

42. Локшин М.Г., Шур A.A., Кокорев A.B., Краснощеков P.A. Сети телевизионного и звукового ОВЧ 4M вещания М.:Радио и связь, 1988.-144с.

43. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах, М.: Мир, 2000.

44. Месарович М., Мако Д., Такахара И., Теория иерархических многоуровневых систем. М: Мир, 1973.

45. Методические указания. Определение уровней электромагнитного поля в местах размещения передающих средств и объектов сухопутной подвижной радиосвязи ОВЧ и УВЧ диапазонов. МУК 4.3.046-96 от 02.02.96г.-Госкомсанэпиднадзор России, 1996.

46. Мешалкин В.А., Сосунов Б.В. Основы энергетического расчета радиоканалов.-Д.: ВАС, 1991.- 110с.

47. Милованов Д.А. и др. Автоматизация проектирования систем сотовой радиотелефонной связи // Вестник связи — 1998.— № 3.

48. Назарова А. «Микротест» поработает для МЧС // ComNews, 14.09.2004.

49. Неймарк Ю.И., Коган Н.Я., Савельев В.П. Динамические модели теории управления М.: Наука, 1985 - 400с.

50. О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций / Постановление Правительства Российской Федерации от 30.12.2003 г. № 794.

51. О федеральной целевой программе «Электронная Россия (2002-2010 годы)». Постановление Правительства Российской Федерации от 28 января 2002 года № 65 (с изменениями на 15 августа 2006 года).

52. Об утверждении правил оказания телематических услуг связи. Постановление Правительство Российской Федерации от 10 сентября 2007г. № 575.

53. Овчинников A.M., Воробьев С.В., Сергеев С.И. Открытые стандарты цифровойтранкинговой радиосвязи-М.: Связь и бизнес, 2000 — 166с.

54. Одоевский С.М. Алгоритмы выбора мест размещения РРС(ТРС) при наличии структурных особенностей образуемых фрагментов сетей РР(ТР) связи// Итоговый отчет о НИР "Трасса".-С.-Пб: ВАС, 1996.-С.86-110.

55. Одоевский С.М. Анализ требований к местам размещения РРС(ТРС) РУС с целью выработки критериев их автоматизированного выбора по ЦКМ. // Итоговый отчет о НИР "Трасса".-С.-Пб: ВАС, 1996.-С.67-72.

56. Одоевский С.М. Метод автоматизированного поиска горных образований по ЦКМ с целью их использования в роли ЕПР, рекомендуемый для использования в составе расчетно-логических систем планирования связи/Ютчет о НИР "Окно-ИИ-2".- С.-Пб: ВАС, 1993.- С.48-51.

57. Одоевский С.М. Методика расчета PPJI(TPJI) на базе ЦКМ в составе автоматизированных систем поддержки принятия решений с искусственным интеллектом//Отчет о НИР "Окно-ИИ" (1 этап).- Л.: ВАС, 1992 С.38-53.

58. Одоевский С.М. Описание и инструкция по использованию комплекса программ расчета РРЛ(ТРЛ) на СМ ЭВМ и ПЭВМ.- С.-Пб.: ВАС, 1993.- 164с.

59. Одоевский С.М. Калюка В.И. Принципы адаптивно-игрового моделирования сложных телекоммуникационных систем // Труды V международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» 19-21 июня 2001г.—СПб.: СПбГТУ, 2001.

60. Одоевский С.М., Степанец В.А., Зайчик Е.М. Особенности планирования сетей мобильной связи с использованием геоинформационных технологий // Сети мобильной связи: планирование, оптимизация, управление. СПб: СПБГУТ-ИА «Энергомашиностроение», 2007 - С.8-13

61. Основные положения развития Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации на перспективу до 2005 года. Книги 1-12 М.: НТУОТ Минсвязи России, 1996.

62. Панченко В.Е., Гайнутдинов Т.А., Ерохин Г.А., Кочержевский В.Г., Шорин O.A. Сочетание статистических и детерминистских методов расчета радиополя в городских условиях // Электросвязь.- 1998.— № 4 — С.31-33.

63. Положение о порядке взаимодействия МЧС России с радиолюбительской аварийной службой.

64. Положения о системах оповещения населения // Приложение к приказу МЧС РФ, Министерства информационных технологий и связи РФ и Министерства культуры и массовых коммуникаций РФ от 25 июля 2006 г. № 422/90/376.

65. Попов А.П. Радиосвязь в работе МЧС России // «Системы безопасности».-2004 №1.

66. Попов И.И. Автоматизированные информационные системы (по областям применения): Учеб. пособие М.:РЭА, 1999.

67. Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций. Электронное учебное пособие www.obzh.ru/pre/

68. Разработка программного комплекса автоматизированного выбора мест размещения РРС(ТРС) с использованием цифровой карты местности. Отчет о НИР "Выбор".- С.-Пб: ВАС, 1995.

69. С. М. Алексеев, JI. Ш. Альтер, М. Б. Каганер, Г. Р. Рубинштейн. Электромагнитная совместимость при частотно-территориальном планировании сотовых сетей радиотелефонной связи //Электросвязь 1993- № 4.- С.8-10.

70. Саенко И.Б. Теория многомерно-реляционных баз данных и ее применение в автоматизированных системах управления связью.— СПб: ВУС, 2001.

71. Селиванов С. Что необходимо профессионалам? // CONNECT! Мир связи. 2003- №6.

72. Сети радиосвязи с пакетной передачей информации / Под редакцией Шарова А.Н.- С.-Пб.: ВАС, 1994.- 216с.

73. Современные сетевые технологии в телекоммуникационных системах. СПб.: СПбГУВК, 2008,- 477с.

74. Создание автоматизированной информационной системы Государственного пожарного надзора МЧС России (АИС ГПН) // МЧС в цифрах и фактах.- www.mchs.gov.ru/mchs/activities/?ID=10344

75. Создание автоматизированной информационной системы Государственной инспекции по маломерным судам МЧС России (АИС ГИМС) // МЧС в цифрах и фактах www.mchs.gov.ru/mchs/activities^ID^I 0345.

76. Сухопутная подвижная радиосвязь: В 2 кн. Кн.1. Основы теории /Пышкин И.М., Дежурный И.И., Пантикян Р.Т. и др./ Под ред. Семини-хина B.C. и Пьппкина И.М.- М.: Радио и связь, 1990.- 423с.

77. Троицкий В.В., Шур A.A. Особенности распространения радиоволн в диапазоне 0.5.3 ГГц // Электросвязь — 1995 № 8.

78. Трубин В.Н., Проничев М.Ю., Денисаков Д.А. Технико-экономическая оптимизация и планирование цифровых сотовых систем подвижной и персональной связи // Электросвязь — 1993 № 8.- С.9-12.

79. Указ Президента РФ от 11 июля 2004 г. № 868 «Вопросы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий».

80. Федеральный закон «О связи» от 7 июля 2003 года № 126-ФЗ (с дополнениями и изменениями, внесенными в 2004-2008гг).

81. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения в двух томах. М.: Мир, 1982.

82. Цифровые карты / Под ред. Е.И. Халугина М.: Недра, 1992 - 419с.

83. Шорин O.A. Метод частотного планирования систем подвижной радиосвязи // Электросвязь.- 1993 № 10 - С.12-14.

84. Шорин O.A., Николаев В.Т., Пантикян Р.Т. Метод частотного планирования систем радиосвязи // Радиотехника.- 1991.- № 3.- С.9-12.

85. Шорин О.А. Оптимальная процедура распределения каналов в системах подвижной радиосвязи // Электросвязь 1993 - № 10 — С.14-16.

86. Щербина Л.П. Системы распределения информации. Л.: ВАС, 1987. -124с.

87. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи / Составитель Д.Р.Ж.Уайт Джермантаун. Выпуск 1,2-М.: Сов.радио, 1977.

88. CelPlan offers you superior planning tools. Wireless 3G and Broadband Systems. IEEE Communications magazine. September 2001 Vol.39 No.9. P.l 10. (www.celplan.com)

89. G.Wolfle, Ph.Wertz, and F.Landstrofer, «Performance, Accuracy and Generalization Capability of Indoor Propagation Models in Different Types of Buildings» in 3rd European Personal and Mobile Communications Conference (EPMCC), (Paris) Mar. 1999.

90. Hata M. Radiolink design of cellular land mobile communication system // IEEE Trans. 1982. VT- 31; 1982.-№1.-P.25-31.

91. ITU-R Recommendations. PN Series. 1994. Rec. ITU-R PN 370-6.

92. ITU-R Recommendations. PN Series. 1994. Rec. ITU-R PN 526-3.

93. Janna Laiho, Achim Wacker, Tomas Novosad. Radio Network Planning and Optimization for UMTS.- John Wiley & Sons Ltd, 2006.

94. Okumura Y. Field strength and its variability in VHF and UHF land mobile radio service //Rev. ECL. 1968. Vol. 16, №9-10.-P.825-873.

95. E.Domasso, ed. Digital Mobile Radio: COST 231 View on the Evolution towards 3rd Generation Systems. Bruxelles: Final Report of the COST 231 Project, published by European Commision,1998.

96. William C.Y.Lee Mobile Communications Design Fundamentals NY.: 1995.- 1120 P.233