автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Метод и модели совместной модернизации региональных сетей связи и систем их технической эксплуатации

Перечень аббревиатур.

Введение.

1. Анализ и постановка задачи совместной модернизации региональных сетей связи и систем их технической эксплуатации.

1.1. Анализ современного состояния региональных сетей связи и тенденций их развития и модернизации.

1.2. Анализ современного состояния и тенденций развития систем технической эксплуатации региональных сетей связи.

1.3. Обзор научно-технических публикаций по вопросам оценивания технико-экономической эффективности функционирования сложных систем и обоснованию вариантов построения систем их технической эксплуатации.

1.4. Постановка задачи исследований.

2. Метод обоснования вариантов совместной модернизации региональных сетей связи и систем их технической эксплуатации.

2.1. Методологические принципы совместной модернизации региональных сетей связи и систем их технической эксплуатации.

2.2. Общий подход к построению систем технической эксплуатации региональных сетей связи.

2.3. Иерархический комплекс моделей для определения параметров совместной модернизации региональных сетей связи и систем их технической эксплуатации.

2.4. Структура методического обеспечения совместной модернизации региональных сетей связи и систем их технической эксплуатации.

Выводы по разделу.

3. Модели для расчета показателей технико-экономической эффективности функционирования региональных сетей связи и систем их технической эксплуатации.ВО

3.1. Модель для расчета показателей надежности сети связи и ее элементов с учетом параметров СТЭ.

3.2. Модель для расчета стоимостных показателей региональных сетей связи.

3.3. Модель для расчета показателей качества функционирования СТЭ региональной сети связи.

3.4. Модель для расчета интегральных экономических показателей программ совместной модернизации региональной сети связи и ее

Выводы по разделу.

4Аббревиатуры

Перечень аббревиатур

АСК - автоматизированная система контроля

АСОТО - автоматизированная система оперативно-технического обслуживания АСОТУ - автоматизированная система оперативно-технического управления АСОТЭ - автоматизированная система оперативно-технической эксплуатации АТС - автоматическая телефонная станция БД - база данных

BOJ1C - волоконно-оптическая линия связи

ВОСП - волоконно-оптическая система передачи

ВФИ - возрастающая функция интенсивности

ГТС - городская телефонная сеть

ДНФ - дизъюнктивная нормальная форма

ДЭС - документальная электросвязь

ЗИП - запасные элементы, инструмент и приспособления

ЗТУ - зоновый транзитный узел

ИД - индекс доходности

ИИ - источник информации

ИИПС - информационно-измерительная подсистема

ИПС - информационная подсистема

ИУПС - информационно-управляющая подсистема

ИЦС - интегральная цифровая сеть

ЛПР - лицо принимающее решение

МТС - междугородная телефонная связь

НУП - необслуживаемый усилительный пункт

ОПС - организационная подсистема

ОПТС - опорно-транзитная станция

ОУП - обслуживаемый усилительный пункт

ОЭ - объект эксплуатации

ПЗВ - проводное звуковое вещание

ППВР - подсистема поддержания и восстановления работоспособности

ПСОЗ - подсистема обеспечения запасами

СМО - система массового обслуживания

СООЭ - система организации и обеспечения эксплуатации

СППР - систем поддержки принятия решений

5Аббревиатуры

СТС - сельская телефонная станция

СТЭ - система технической эксплуатации

СУ - система управления

ТО - техническое обслуживание

ТОР - техническое обслуживание и ремонт

ТРИК - территориально распределенный измерительный комплекс

ТЭ - техническая эксплуатация

ТЭЗ - технический элемент замены

ТЭЭ - технико-экономическая эффективность

ТС - техническое состояние

ТфОП - телефонная сеть общего пользования

УК - узел коммутации

УТС - управление техническим состоянием

ЦО - центр обслуживания

ЦС - центральная станция

ЦСИС - цифровая сеть с интеграцией служб

ЦТЭ - центр технической эксплуатации

ЦЭ - целевая эксплуатация

ЧДД - чистый дисконтированный доход

ЭТХ - эксплуатационно-техническая характеристика

ADM - мультиплексор с функцией вставки и удаления

AN - сеть доступа

ATM - асинхронный режим передачи

В-ISDN - широкополосная цифровая сеть интегрального обслуживания DXS - цифровая система кросс-соединений

DWDM - плотное мультиплексирование с разделением каналов по длине волны

Е1 - мультиплексированный сигнал ИКМ со скоростью 2048 кбит/с

IDN - интегрированная цифровая сеть

ISDN -цифровая сеть интегрального обслуживания

ISPN - интегрированные пакетные сети с интеграцией служб

PDH - системы плезиосинхронной цифровой иерархии

SDH - системы синхронной цифровой иерархии

SS7 - система сигнализации номер семь xDSL - цифровая абонентская линия

Связь в настоящее время является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей мировой экономики. Основными тенденциями, определяющими развитие услуг сетей связи в ближайшие годы, являются: стабильный рост проникновения дополнительных и новых видов услуг электросвязи, конвергенция в телекоммуникациях, постоянное увеличение доли передачи данных в общем трафике, широкое развитие технологий Интернет. При этом исторически традиционным сегментом рынка услуг региональных сетей связи, включающих внутризоновые и местные сети, была и остается телефонная связь.

Для современного этапа развития региональных сетей электросвязи в нашей стране характерным является, с одной стороны, прогресс информационных технологий и возрастание требований к составу услуг и качеству обслуживания абонентов, а с другой стороны, одновременное наличие на сетях аналогового оборудования и элементов на принципиально новой технологической базе. В целом региональные сети связи (включающие внутризоновые и местные сети) пока не в полной мере приспособлены к предоставлению всего спектра современных услуг электросвязи и в настоящее время проходят период интенсивной модернизации.

Основными направлениями модернизации региональных сетей связи являются

86]: цифровизация внутризоновых и местных сетей, существенное наращивание пропускной способности систем передачи; создание мультисервисных и интеллектуальных сетей связи; интенсификация вывода аналогового оборудования из эксплуатации, модернизация координатного оборудования.

Создаваемая будущая мультисервисная сеть должна быть единой, использующей комбинацию всех современных технологий и обеспечивающей единое управление сетью и услугами. При этом аналоговая сеть доступа в силу ее исключительно высокой социальной значимости должна поддерживаться и эффективно функционировать до ее полной замены.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, наиболее рациональным путем создания мультисервисной сети является конвергенция телефонной сети общего пользования (ТфОП) и современных сетей передачи данных. На сетях связи многих крупных региональных операторов в рамках решения данной проблемы осуществляется строительство высокоскоростных транспортных сетей на волоконно-оптических кабелях с использованием современных транзитных узлов.

Усложнение структуры сетей, увеличение видов и объемов предоставляемых информационных услуг, постоянно растущие требования к своевременности и качеству доставки информации на фоне одновременного наличия в сетях как современного цифрового оборудования, так и морально и физически устаревшего оборудования, определяют необходимость эффективной организации контроля и управления техническим состоянием элементов сетей связи. Ограничивающим фактором при этом выступают технические и финансовые ресурсы. Поэтому как для находящегося в эксплуатации, так и для строящегося оборудования сетей связи чрезвычайно актуальными были и в перспективе останутся вопросы рациональной организации их технической эксплуатации.

Мероприятия технической эксплуатации реализуются в процессе функционирования системы технической эксплуатации (СТЭ), реализующей управление техническим состоянием (ТС) объектов эксплуатации с целью обеспечения их готовности и требуемого качества обслуживания абонентов.

К числу основных мероприятий технической эксплуатации сетей связи относятся сбор и обработка информации о ТС объектов эксплуатации, техническое обслуживание (ТО) и ремонт объектов эксплуатации, а также обеспечение необходимыми для проведения мероприятий технической эксплуатации запасами.

Обеспечить выполнение требований к готовности и качеству функционирования сетей связи можно посредством воздействий по двум основным направлениям: совершенствованием или рациональным выбором состава оборудования сетей, режимов его функционирования, а также структуры сетей, в том числе использованием резервирования; рациональной организацией мероприятий ТЭ на основе обоснованного выбора структуры и алгоритмов функционирования СТЭ.

Мероприятия, реализуемые в рамках каждого из направлений, взаимосвязаны и взаимозависимы, а СТЭ и объект эксплуатации оказывают взаимное влияние друг на друга: исходя из особенностей объекта эксплуатации предъявляются требования к СТЭ и ее подсистемам, а сложившаяся СТЭ в значительной степени определяет качество функционирования объекта эксплуатации.

Поэтому наиболее перспективным представляется подход к обеспечению готовности и требуемого качества функционирования сетей связи на основе совместного анализа параметров сетей связи и систем их технической эксплуатации.

Поэтапная модернизация современных сетей связи требует одновременного и согласованного по срокам, характеристикам и ресурсам определения параметров объектов эксплуатации и системы их технической эксплуатации на всех этапах модернизации. Решение данной задачи должно проводиться на основе комплексного анализа результатов и затрат при сравнении различных вариантов программ модернизации.

Анализ современного состояния исследований свидетельствует о недостаточности проработки вопросов совместной модернизации сложных технических систем и систем их технической эксплуатации и необходимости развития имеющихся результатов в направлении учета специфических особенностей сетей связи и возможных способов построения СТЭ сетей.

Указанные обстоятельства определяют актуальность задачи разработки научно-методического аппарата для обоснования программ совместной модернизации региональных сетей связи и систем их технической эксплуатации.

Целью диссертации является разработка методического обеспечения совместной модернизации региональных сетей связи и систем их технической эксплуатации для повышения обоснованности принимаемых решений по модернизации и снижения затрат на эксплуатацию сетей.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи исследований:

1. Анализ состояния, тенденций развития и модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации, подходов к оцениванию технико-экономической эффективности функционирования сложных систем и обоснованию вариантов построения СТЭ.

2. Разработка методологических принципов совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации.

3. Формирование структуры методического обеспечения совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации.

4. Создание математических моделей для расчета показателей качества функционирования сетей связи с учетом параметров СТЭ.

5. Обоснование способа объединения частных моделей в единый комплекс и нахождения согласованного решения.

6. Разработка методики выбора варианта совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации.

7. Проведение экспериментальных исследований по апробации разработанного методического обеспечения.

Одной из крупнейших региональных сетей связи страны является сеть связи Ленинградской области, которая предоставляет пакет базовых услуг связи на всей территории региона. Для сети связи компании «Ленсвязь» являются характерными все те тенденции и проблемы развития, с которыми сталкиваются в настоящее время крупные операторы связи страны. Поэтому во многом изложение материала в диссертации ведется применительно к этой региональной сети связи.

Основные результаты работа представлены в четырех разделах и приложении.

В первом разделе проведен анализ задачи совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации.

Представлены результаты анализа современного состояния, тенденций развития и модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации в нашей стране и за рубежом. Проведен анализ подходов к оцениванию технико-экономической эффективности функционирования сложных систем и обоснованию вариантов построения систем их технической эксплуатации.

На основе анализа обоснована актуальность задачи, сформулирована цель исследований, произведена вербальная и формальная постановки задачи исследований. Задача совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации сформулирована в обобщенном виде как многокритериальная задача выбора наиболее предпочтительного варианта модернизации по совокупности показателей технико-экономической эффективности. Сформулированы частные задачи исследований.

Во втором разделе приведены результаты по разработке метода обоснования варианта совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации.

Разработаны основные методологические принципы совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации. Данные принципы положены в основу разрабатываемого методического обеспечения.

Произведена декомпозиция СТЭ сетей связи на функциональные подсистемы. На основе анализа выделены возможные варианты структурного построения и функционирования каждой из подсистем.

В основу разрабатываемого метода положен многомодельный подход. Предложен способ объединения частных моделей в единый трехуровневый иерархический комплекс моделей. Показано, что решение задачи выбора варианта совместной модернизации сетей связи и СТЭ может быть найдено как согласованное решение в данной трехуровневой системе.

Разработаны состав, структура и порядок взаимодействия компонентов методического обеспечения для решения задач анализа технико-экономической эффективности вариантов совместной модернизации и выбора наиболее предпочтительного варианта совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации.

В третьем разделе приводятся результаты разработки входящих в иерархический комплекс частных математических моделей для расчета показателей качества сети связи и СТЭ на этапах модернизации.

Группу моделей для расчета показателей качества функционирования сети связи на этапах модернизации составили модели для расчета показателей надежности средств и подсистем сети связи с учетом параметров СТЭ и модель для расчета стоимостных показателей процесса функционирования сети связи.

Группу моделей для расчета показателей качества функционирования СТЭ сети связи на этапах модернизации составляют модели для оценки показателей производительности подсистем СТЭ и затрат на построение и функционирование СТЭ при различных вариантах структурных и функциональных параметров.

В качестве модели верхнего уровня выступает модель для расчета дисконтированных интегральных стоимостных показателей процесса совместной модернизации сети связи и ее СТЭ на заданном горизонте планирования развития и модернизации сети.

При разработке моделей обоснованы составы соответствующих частных показателей, получены основные расчетные соотношения.

В четвертом разделе приведены основные результаты экспериментальных исследований по применению разработанного методического обеспечения.

Представлена комплексная методика выбора варианта совместной модернизации региональной сети связи и ее СТЭ, определяющая общую последовательность практического решения задачи выбора наиболее предпочтительного по совокупности показателей технико-экономической эффективности варианта совместной модернизации сети связи и ее СТЭ.

Приведены примеры и результаты решения частных задач по обоснованию вариантов совместной модернизации сети связи и подсистем системы ее технической эксплуатации с использованием разработанного методического обеспечения.

Сформулированы рекомендации по применению предлагаемого методического обеспечения на практике.

5 заключении сформулированы основные научные результаты, полученные в ходе исследований, определены направления дальнейших научных исследований.

В приложения вынесены исходные данные и промежуточные результаты решения задач по определению значений параметров подсистем СТЭ сети связи при их совместной модернизации.

Основные научные результаты, выносимые на защиту:

1. Метод выбора варианта совместной модернизации региональных сетей связи и систем их технической эксплуатации, включающий:

- методологические принципы решения задачи совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации;

- способ объединения частных моделей в единый трехуровневый иерархический комплекс и нахождения согласованного решения по модернизации сетей;

- методику выбора варианта совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации.

2. Комплекс моделей для расчета показателей технико-экономической эффективности вариантов совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации, включающий:

- модель для расчета показателей надежности сети связи и ее элементов с учетом параметров СТЭ;

- модель для расчета показателей качества функционирования СТЭ сети связи на этапах модернизации;

- модель для расчета стоимостных показателей вариантов совместной модернизации сетей связи и систем их технической эксплуатации.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- впервые предложена постановка задачи определения структурных и функциональных параметров СТЭ при модернизации региональных сетей связи, основанная на совместном многокритериальном анализе взаимосвязанных процессов модернизации как самих сетей связи, так и систем их технической эксплуатации;

- разработанный метод обоснования варианта совместной модернизации региональной сети связи и ее СТЭ базируется на использовании новых принципов, определяющих методологию решения задач совместной модернизации, многомодельном подходе и оригинальном способе согласования моделей в трехуровневой иерархической системе принятия решений по модернизации, основанном на нахождении компромиссного варианта модернизации;

- модели для расчета технических и экономических показателей региональной сети связи при модернизации позволяют учитывать параметры СТЭ и ограниченный характер восстановления оборудования сети при возникновении неисправностей.

Практическая значимость работы заключается в том, что: основные результаты исследований доведены до уровня расчетных соотношений, инженерных методик и прикладных программ, апробированных при решении задач модернизации региональных и корпоративных сетей связи; на основе результатов диссертационных исследований решен ряд практических задач по обоснованию параметров СТЭ модернизируемых сетей связи и Ленинградской области.

Основные результаты работы реализованы: при разработке и реализации концепции развития сетей связи Ленинградской области, при модернизации сети связи ОАО «ЮТК», при создании мультисервисной сети связи Росавиакосмоса, при решении задач модернизации ведомственных сетей связи Министерства обороны, в учебном процессе СПб ГУТ им. проф. М.А.Бонч-Бруевича. Результаты внедрения свидетельствуют о существенном, на 15-30%, снижении эксплуатационных затрат, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы проводилась на Международных, общероссийских и ведомственных научно-технических и научно-практических конференциях и семинарах по проблемным вопросам развития, модернизации и эксплуатации сетей и

13Введение систем связи, на конференциях и заседаниях кафедр СПб ГУТ им. проф. М.А.Бонч-Бруевича.

Основные результаты работы опубликованы в 10 трудах, представленных в списке литературы.

В ходе исследований и при написании диссертации привлекались математический аппарат и методы теории надежности, теории эксплуатации, теории систем и оптимального управления, теории принятия решений в условиях неопределенности, теории вероятностей и математической статистики, теории графов, теории массового обслуживания, экономического анализа.

Диссертация включает 149 страниц основного текста, содержит 35 рисунков и таблиц.

Список использованных литературных источников содержит 132 наименования.