автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Методика формирования интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению сетью тактовой сетевой синхронизации

005537666

На правах рукописи

Опарин Евгений Валерьевич

МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ СЕТЬЮ ТАКТОВОЙ СЕТЕВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 ' НОЯ ¿013

Санкт-Петербург -2013

005537666

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент,

Канаев Андрей Константинович

Официальные оппоненты: Осадчий Александр Иванович,

доктор технических наук, профессор, Ленинградское отделение Центрального научно-исследовательского института связи, директор

Паращук Игорь Борисович, доктор технических наук, профессор, Военная академии связи им. С. М. Буденного, профессор кафедры "Автоматизированные системы специального назначения"

.к

Ведущая организация «Гипротранссигналсвязь» - филиал ОАО «Росжелдор-проект», г. Санкт-Петербург.

Защита состоится 04 декабря 2013 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 219.004.02 при Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича», 193232, Санкт-Петербург, пр. Большевиков, д. 22, ауд. 554.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного образовательного бюджетного учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича», Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д. 65.

Автореферат разослан 01 ноября 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

к.т.н., доцент

В.Х. Харитонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Практика эксплуатации железных дорог показывает, что эффективность организации железнодорожных перевозок во многом определяется состоянием системы управления (СУ) железнодорожными перевозками, основу которой составляет телекоммуникационная система (ТКС). Одной из важнейших подсистем ТКС является сеть тактовой сетевой синхронизации (ТСС), которая выполняет функции формирования, передачи и распределения сигналов синхронизации, необходимых для поддержания функционирования всех цифровых устройств ТКС и предоставления услуг связи заданного качества. Каждый элемент ТСС характеризуется множеством параметров, отражающих его состояние, а сеть ТСС представляет собой большую и сложную подсистему электросвязи. При этом информация о состоянии элементов сети ТСС зачастую является неполной, в определённых условиях недостоверной, а требования к оперативности выработки решений постоянно ужесточаются. Перечисленные факторы не позволяют персоналу центров технического управления и обслуживания ТКС принимать обоснованные и своевременные решения по управлению сетью ТСС без соответствующих средств интеллектуальной поддержки принятия решений, которые в настоящий момент недостаточно развиты. Таким образом следует считать актуальной работу, направленную на формирование интеллектуальной системы поддержки принятия решений (ИСППР) по управлению сетью ТСС в условиях отсутствия единого научно-методического подхода к её построению.

Вопросами формирования интеллектуальных систем поддержки принятия решений посвящены работы И. А. Башмакова, И. Г. Котенко, Д. А. Поспелова, Г. В. Рыбиной. Теоретические и прикладные разработки в области построения сетей синхронизации и их технической эксплуатации отражены в работах: В. В. Шахгильдяна, И. Б. Шахторина, Г. Г. Морозова, М. Н. Колтунова, А. Т. Лебедева.

Объектом исследования является интеллектуальная система поддержки принятия решений по управлению сетью ТСС. Предметом исследования являются методики и модели формирования интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению сетью ТСС.

Целью диссертационного исследования является повышение обоснованности и оперативности принимаемых решений по управлению сетью ТСС, которые позволят обеспечить устойчивость функционирования сети ТСС в ТКС ОАО «РЖД».

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:

1. Проведен системный анализ процессов функционирования сети ТСС, как подсистемы ТКС высокой степени сложности, и определены структурные и функциональные взаимосвязи между элементами сети ТСС в ТКС.

2. Сформирован комплекс основных требований к элементам сети ТСС в их структурной и функциональной взаимосвязи друг с другом с учётом воздействия дестабилизирующих факторов.

3. Разработана модель процесса функционирования и восстановления сети ТСС, учитывающая качественный и количественный состав метрологических ресурсов, и вычислительных ресурсов ИСТТПР по управлению сетью ТСС.

4. Разработана модель базы знаний (БЗ) ИСГТПР по управлению сетью ТСС, обеспечивающая необходимую полноту учёта элементов, состояний, параметров и взаимосвязей в сети ТСС.

5. Разработана методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС, поддерживающая систему предпочтений лица, принимающего решения (ЛПР).

6. Сформированы структура и состав базы данных управляющей информации MIB (Management Information Base) оборудования сети ТСС для решения задач сбора, хранения и предоставления диагностической информации.

7. Разработан алгоритм расчёта требований резерва пропускной способности сети управления сетью ТСС, предназначенной для передачи информации контроля и управления сетью ТСС.

8. Разработана методика формирования ИСППР по управлению сетью ТСС путём объединения фреймовой модели БЗ и методики формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС с учетом требований к составляющим ТСС и ТКС.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. На основе проведённого системного анализа процесса функционирования сети ТСС сформирована концептуальная модель сети синхронизации, отличающаяся полнотой учёта существующих и перспективных элементов ТСС и ТКС, а также учётом внутренних и внешних дестабилизирующих факторов.

2. Представлен взаимоувязанный комплекс требований к элементам и сигналам синхронизации сети ТСС, виду и характеру внешних и внутренних воздействий, отличающийся учётом структурных и функциональных взаимосвязей между элементами ТСС.

3. На основе проведенного системного анализа процесса функционирования сети ТСС разработана модель процесса функционирования и восстановления сети ТСС как полумарковского процесса, отличающаяся учётом ресурсов СУ по доставке и обработке диагностической информации, а также качественного и количественного состава метрологических ресурсов.

4. Разработана фреймовая модель представления знаний в рамках формирования базы знаний ИСППР по управлению сетью ТСС, отличающаяся включением декларативных и процедурных знаний об элементах и процессах сети ТСС и учётом взаимосвязей между ними.

5. Для решения задачи выработки управляющих воздействий разработана методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС,

отличающаяся совместным применением процедур классификации состояний путём целенаправленного поиска на основе сходства/различия и обоснованного выбора планов мероприятий на множестве альтернатив.

6. Для решения задачи сбора, хранения и выдачи диагностической информации разработаны структура и состав базы данных управляющей информации MIB для контроля и управления сетью ТСС.

7. С целью обеспечения оперативности, непрерывности и устойчивости управления сетью ТСС предложена методика расчёта потоковой структуры сети управления сетью ТСС, позволяющая обоснованно задавать значения необходимого резерва пропускной способности в ТКС.

8. Для решения задач по управлению сетью ТСС разработана методика формирования ИСППР путём объединения фреймовой модели БЗ и методики формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС с учетом требований к составляющим ТСС и ТКС.

С учетом вышеизложенного сформулирована научная задача: разработать методику формирования интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению сетью ТСС в условиях взаимного влияния показателей функционирования ТКС и сети ТСС, позволяющую формировать своевременные и обоснованные решения по управлению сетью ТСС большого масштаба и высокой сложности при воздействии дестабилизирующих факторов различного характера.

Теоретическая значимость работы состоит в расширении методической базы по формированию и проектированию интеллектуальных систем поддержки принятия решений для управления сетью ТСС с учётом требований к оперативности и обоснованности принимаемых решений.

Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в следующем:

- практическая значимость модели процесса функционирования и восстановления сети ТСС заключается в возможности для операторов связи обосновывать количественный и качественный состав встроенных и внешних средств диагностики и технический состав системы управления ТСС при развитии сети или новом строительстве ТКС, которые позволят поддерживать заданные значения отказоустойчивости сети ТКС.

- разработанная фреймовая модель и соответствующая структура MIB представляют собой основу для создания перспективного аппаратно-программного комплекса, реализующего концепцию «агент-менеджер» при создании СУ ТСС соответствующими компаниями-разработчиками: ЗАО «Транссеть», ООО «МИКС» и др., которая может применяться проектными организациями ОАО «Росжелдорпроекта» и операторами связи: ЦСС ОАО «РЖД», ЗАО «ТрансТелеКом» и др.

Методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС доведена до соответствующих инженерных алгоритмов, готовых к реализации на языках программирования: OWL, RDF(S), DAML+OIL в соответствующих

компаниях: ЗАО «Транссеть», ООО «МИКС» и др.

Предложены и обоснованы рекомендации по формированию ИСПГ1Р, позволяющие повысить своевременность и обоснованность принимаемых решений по управлению сетью ТСС, а также снизить затраты ресурсов СУ сетью ТСС. Результаты нашли применение в НИР «ВОЛС/ДСС», учебном процессе ФГБОУ ВПО ПГУПС и соответствующих разработках ООО «МИКС».

Методы исследования. В работе использованы как теоретические, так и экспериментальные методы исследования.

Теоретические методы исследования основаны на фундаментальных положениях теории систем, теории вероятностей, теории принятия решений, теории построения интеллектуальных систем, теории сетей и графов, теории надёжности, теории распознавания образов.

Экспериментальные методы исследования проводились с использованием методов математической статистики.

Основные положения выносимые на защиту:

1.Модель процесса функционирования и восстановления сети ТСС как полумарковского процесса, отличающаяся учётом качественного и количественного состава метрологических ресурсов, а также учётом ресурсов СУ по доставке и обработке диагностической информации, и позволяющая сформировать требования к элементам сети ТСС и СУ ТСС;

2. Фреймовая модель представления знаний в рамках формирования базы знаний ИСППР по управлению сетью ТСС, отличающаяся включением декларативных и процедурных знаний об элементах и процессах в сети ТСС, и позволяющая обеспечить требуемую полноту учёта элементов ТСС и взаимосвязей между ними, состояний элементов и параметров их характеризующих;

3. Методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС, отличающаяся совместным применением этапов классификации состояния ТСС путём целенаправленного поиска на основе метапроцедуры сходства/различия и обоснованного выбора планов мероприятий на множестве альтернатив, поддерживающего систему предпочтений ЛПР;

4. Рекомендации по формированию структуры и состава базы данных управляющей информации М1В и построению потоковой структуры сети управления ТСС, позволяющие обеспечить своевременность и достоверность доставки информации контроля и управления.

Личный вклад. Все результаты, излагаемые в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Реализация и внедрение работы. Результаты диссертационной работы, включая все модели, методики и научно-технические предложения, используются на ряде предприятий: ОАО «31 ГПИСС», ООО «МИКС» и в учебном процессе ФГБОУ ВПО ПГУПС.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы обсуждались на научных конференциях: Международный конгресс «Цели

развития тысячелетия» и инновационные принципы устойчивого развития арктических регионов» (Санкт-Петербург, 2010-2012), V международная научно-практическая конференция «Проблемы безопасности на транспорте» (Гомель, 2010), международная научно-практическая конференция «Интеллектуальные системы на транспорте» (Санкт-Петербург, 2011, 2012), НТК посвященная Дню радио (Санкт-Петербург, 2011-2013), X Российская научно-технической конференция «Новые информационные технологии в системах связи и управления» (Калуга, 2011).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 27 печатных работах, в том числе в 3 научных статьях в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных литературных источников и одного приложения, изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц и 52 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражено обоснование актуальности темы, формулировка цели и задач исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту, а также содержание и методы выполнения работы.

В первом разделе диссертационной работы приведён детальный анализ предметной области управления сетью ТСС. Рассмотрена структура сети ТСС с указанием основных типов оборудования и предъявляемым к ним требований. Обоснована необходимость создания ИСППР по управлению сетью ТСС.

Система ТСС является подсистемой ТКС, это требует согласования архитектуры ТСС и ТКС по уровням и основным функциям. С учётом данного согласования обобщённую модель архитектуры системы ТСС можно представить как иерархическую структуру, включающую сеть ТСС, систему технической эксплуатации и систему управления. Система управления сетью ТСС должна содержать в себе интеллектуальную систему поддержки принятия решений.

В рамках проведённого системного анализа представлен перечень оборудования сети ТСС с указанием взаимосвязей между элементами сети ТСС и ТКС, а также с указанием воздействия различного рода дестабилизирующих факторов (рис. 1). Сформирована система требований к параметрам и характеристикам функционирования элементов сети ТСС.

Во втором разделе диссертации разработана модель процесса функционирования и восстановления сети ТСС как полумарковского процесса, отличающаяся учётом качественного и количественного состава метрологических ресурсов, а также учётом ресурсов СУ по доставке и обработке диагностической информации, и позволяющая сформировать требования к элементам сети ТСС и СУ ТСС.

Внешние и внутренние дестабилизирующие факторы

} Стабильность ! Атмосферное

Источники сигналов синхронизации

Первичный __1 1 1 ' '

Направляющие ! системы и системы передачи

Волоконно-оптические линии связи |

Ведомы!! «адающяй \ генератор

| Кабельные линии связи

Местный задающий генератор

Генератор сетевого элемента

щф | СиутпикоШУ янкии ц»яац |

№ '

I 1 | Системы передач»

ВЕС (Аппаратура, обеспечивающая синхронный В&ете^

Устройство ретайминга!

[ Устройство 1\УГ

1 1

Устройства коммутации н распределения сигналов

Аппаратура распределения сигна. синхронизации

Аппарату ра коммутации 5 сигналов спн\рон'.г',ппнн

Устройства присвоения | и распределения меток

I приоритетов

Сеть синхронизации

I

Аппаратное

ПР'И |1.IMMIII.lt

средства точного времени

3

алов синхронизацни

ш

Рисунок 1 - Концептуальная модель сети синхронизации и оборудования ТКС, используемого в интересах ТСС

В результате системного анализа процесса функционирования сети ТСС было выявлено, что сеть ТСС может находиться в ряде состояний, которые представлены в таблице 1. На основе разработанной модели операционного процесса функционирования и восстановления сети ТСС и с использованием графо-топологического метода разработана обобщённая модель смены состояний сети ТСС, представленная на рисунке 2.

Граф состояний сети ТСС, представленный рисунке 2, представляет собой полумарковский процесс функционирования и восстановления сети ТСС. Применение полумарковских моделей связано с необходимостью учёта времени нахождения сети ТСС в состояниях, предполагающих выработку и принятие решений, а именно, учёта распределения времени нахождения сети ТСС в каждом отдельном состоянии.

В штатном состоянии сеть ТСС находится в состоянии 84 (рис. 2), которое характеризуется обеспечением всех элементов сети ТСС сигналами синхронизации заданного качества. В случае возникновения отказов или снижения качества синхронизации запускаются процессы диагностирования, поиска и устранения отказов.

сети ТСС

Анализ показал, что время, затрачиваемое лицом, принимающим решения, на выработку и принятие решения в разы больше времени, затрачиваемого на большинство функций по технологическому управлению сетью ТСС. Поэтому отсутствие учёта данного фактора в существовавших ранее моделях позволяло получить необоснованно оптимистичные оценки времени восстановления. В связи с чем в разработанной модели состояния 85П, ^7]т. S9n и 8юп учитывают время, затрачиваемое на принятие решения.

Данная модель позволяет оценить время восстановления сети ТСС или вероятность восстановления за заданное время в случае возникновения отказа. Для решения задачи оценки вероятности восстановления сети ТСС за заданное время используется аппарат производящих функций. Применительно к сети синхронизации производящая функция будет иметь следующий вид (1):

Р(х) = ±ргхиа' + П±РгУ/Ь!, (1)

м м

где параметр х характеризует число средств диагностирования (1е[0,1]),а параметр у характеризует число средств обработки информации в СУ (у е [0,1]). Параметры а и Ь характеризуют время нахождения сети ТСС в соответствующих состояниях.

Значение соответствует вероятности перехода из состояний,

предполагающих использование средств диагностики:

А = 6Ро ■ (1 - Рошл)+ (1 - Ро)-а - Рошг)) . (2)

где: р0 - значение вероятности состояния работоспособного элемента сети ТСС, соответствующее коэффициенту готовности; рош Ъ рошг~ вероятности возникновения ошибок первого и второго рода при диагностировании: р, характеризуют вероятность перехода из состояний, предполагающего обращение к ИСПГ1Р.

Затраты времени на нахождение сети ТСС в состояниях, предполагающих обращение к ИСППР, состоят из решения задач трёх классов: оперативные, нерегулярные, «фоновые» и определяются соотношением (3):

Ъ,су /

тсу=ы А-вУ (3)

где: ~ затраты времени на решение конкретных классов задач; к,-коэффициент

¡=1

готовности вычислительных средств СУ ТСС; В - число вычислительных ресурсов системы управления (СУ), обрабатывающих потоки задач всех трёх классов. При этом особую важность приобретает учёт времени передачи информации контроля и управления сетью ТСС. Время передачи информации контроля и управления в СУ обусловлено рядом слагаемых, которые представляют собой задержки передачи информации в направляющих системах и системах передачи, а также задержки передачи информации в СУ ТСС.

Для определения среднего времени задержки информации контроля и управления в направляющих системах и системах передачи использованы результаты расчетов для системы М2\02\1\а>^1- Для оценки времени задержки информации контроля и управления в вычислительных ресурсах СУ сетью ТСС предложено использование метода вложенных цепей Маркова.

На основе вероятностно-временного графа (рис. 2) и производящих функций (1), соответствующих отдельным переходам из одного состояния в соседнее состояние, можно определить производящую функцию перехода из любого состояния 5, в любое состояние 5Г В данном случае получена производящая функция перехода из состояния 84 в состояние 84. Данная производящая функция будет иметь следующий вид (4):

У: +//+// +//+/,' +// +//)-(1-/,1)-(1-/!')'(1 -/»)•

та

(4)

-т-т-т-т-т-т-х) о

В результате проведённого моделирования процессов функционирования и восстановления сети ТСС получены результаты, представленные на рисунке 3. Таким образом, получена модель, позволяющая на основе требований к надёжности ТСС и качеству доставки сигналов синхронизации сформировать обоснованные требования

к качественному и количественному составу метрологического ресурса и вычислительным ресурсам СУ ТСС.

Анализ результатов моделирования показал, что существует возможность достижения заданных значений вероятности восстановления сети ТСС путём управления параметрами ТСС и СУ ТСС, так, например, увеличение количества средств диагностирования и вычислительных средств СУ ТСС ведут к росту вероятности восстановления ТСС, а ужесточение требований к времени нахождения ТСС в отдельном состоянии и времени принятия решений ведут к снижению вероятности восстановления, что может быть компенсировано увеличением числа средств обработки информации в СУ ТСС или количеством средств диагностирования.

Рисунок 3 - Зависимости вероятности восстановления сети ТСС за заданное время от параметров ТСС и СУ ТСС: а) от времени нахождения в состояниях, не предполагающих обращение к СУ ТСС - а, и предполагающих обращение к СУ ТСС - Ь; б) от числа средств диагностирования - х, и числа средств обработки информации в СУ ТСС - у; в) от вероятности возникновения ошибок первого - рош_1 и второго рода - рош_2

В третьем разделе диссертации разработана фреймовая модель представления знаний в рамках формирования базы знаний ИСППР по управлению сетью ТСС, отличающаяся включением декларативных и процедурных знаний об элементах и процессах сети ТСС, и позволяющая обеспечить требуемую полноту учёта элементов ТСС и взаимосвязей между ними, состояний элементов и параметров их характеризующих. Основными элементами перспективной ИСППР СУ сетью ТСС являются база знаний, модуль извлечения знаний, модуль формирования вариантов решений, модуль отображения и объяснения. Процесс формирования ИСППР требует, чтобы на нервом этапе была создана БЗ, адекватно отражающая свойства ТСС.

Анализ различных моделей представления знаний, их преимуществ и недостатков к формальному описанию элементов и состояний сети ТСС показал, что наиболее целесообразным является использование аппарата фреймовых моделей.

Основным структурным элементом фреймовой модели является фрейм О". Фрейм идентифицируется уникальным именем и включает в себя множество слотов, характеризующих элементы сети ТСС или состояния сети ТСС.

Организация выработки управляющих решений во фреймовой системе базируется на обмене информацией между фреймами, активации и выполнении присоединённых процедур.

В качестве основных указателей атрибутов слотов фреймов приняты следующие типы слотов г,е{Тр,Т" ,Т",Т1'}, которые характеризуют свойства элементов и состояний сети ТСС, I, может принимать следующие значения: I1 -параметр-слот, характеризующий значение параметра, описывающего элемент сети ТСС; "г - показатель-слот, описывающий значение показателя, характеризующего состояние элемента сети ТСС; Iя — отношение-слот, показывающий значение указателя на элемент сети ТСС, — процедура, для вычисления значения одного из показателей.

В соответствии с введённым представлением знаний на основе фреймовых моделей разработана модель базы знаний, которая представляет собой трёхуровневую фреймовую структуру, включающую в качестве фреймов объекты сети ТСС, состояния сети ТСС и процессы, протекающие в сети ТСС. Структура БЗ содержит более пятидесяти взаимосвязанных фреймов, которые характеризуются набором слотов числом от 2 до 20. Данная структура сформирована на основе связей между фреймами и слотами.

Фрагмент базы знаний ИСППР СУ сетью ТСС, представлены на рис. 4. а.

а) б)

1:;. ф.ыи:.'

Опугнихокыс: я

Системы передачи

УСтрибсио рстайш

Уо1рои;чва коммутации и рпспрсдел

_синх^юнк <яиия__

Имя аиотя

Первичный сср»ср_вр<ьие||| Вторн-шын сервер времен

«г ц'а

Ион

Имя ¿гага Гкригашй тгачошшП генератор Вгоркчний мдщощнн генератор Мю-ч ный зэдюмшп генератор

[ сцсратор се

Тсмлерптурв ЭЛСЮРОПИТВНКС

а'.й'.^.у." ___

а-а-е-с.-'

__

а' а'П 0,' }

«1 ххх "К XX XXX ххх(

<г! С. XX ххх ххх\

О,' XXX Л

0,' /

о. ххх 1

0, ххх XXX ххх ХХХ )

О/ XX X XXX ххх ххх/

о, С XX XXX ххх ХХ-Х

о." X XX XXX ххх ХХ-Х)

о>ч XXX1 ххх ххх ххх/

О,' (

0.' >

0.1 г,', г/ 'С XX XXX ххх Х'ХХ/

1__ —

Рисунок 4 - а) Фрагмент второго уровня фреймовой модели БЗ ИСППР по управлению сетью ТСС; б) Фрагмент матрицы взаимосвязей между фреймами БЗ ИСППР по управлению сетью ТСС

Основные виды связей между фреймами и слотами представлены в виде матрицы на рис. 4, б, и представляют собой информационную структуру, отражающую структурные и функциональные связи в ТСС. Данная структура позволяет не только хранить и обрабатывать данные о состоянии отдельных элементов ТСС, но и вырабатывать простейшие логические выводы путём выявления причинно-следственных связей по её структуре

Выполнена реализация элементов фреймовой модели в специализированном пакете программ Protégé, который позволил подтвердить её работоспособность.

Также в третьем разделе диссертации разработана методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС, отличающаяся совместным применением этапов классификации состояния ТСС путём целенаправленного поиска на основе метапроцедуры сходства/различия и обоснованного выбора планов мероприятий на множестве альтернатив, поддерживающего систему предпочтений ЛПР. Основой выработки стратегий по управлению сетью ТСС является классификация состояния сети ТСС.

Сеть ТСС представляет собой большую техническую систему с множеством структурных и функциональных взаимосвязей. Это предполагает, что отклонение параметров одного из элементов может вызвать существенные изменения состояния множества связанных с ним элементов.

Таким образом, следует ввести векторную оценку состояния всей сети ТСС или отдельных её цепей. Получение такой оценки позволит формировать классы состояний, характеризующие источник возникновения неисправности, а также рационально использовать силы и средства для их устранения.

Для количественной оценки сходства состояний сети ТСС использованы характеристики и параметры, которые находятся в слотах и фреймах БЗ ИСГ1ПР.

Каждое состояние сети ТСС, Xj из всего множества состояний можно задать в виде вектора значений свойств. Значениями свойств будут являться соответствующие параметры и показатели, хранящиеся в слотах и фреймах БЗ ИСППР:

где У = 1,2,..., л — число состояний; р > 1 — число признаков.

Для проведения классификации и определения состояния, в котором находится сеть ТСС была поставлена задача выбора метрики классификации и правила классификации.

Анализ различных метрик позволил выявить, что применительно к задаче классификации состояний сети ТСС наиболее рационально использовать метрики: — типа расстояния, имеющая следующий общий вид:

где Л/г — значение 5-ого признака для состояния Хк р — число признаков (слотов фреймов), т — положительное целое число.

— коэффициента корреляции между состояниями Х„ Л'; определяет меру их угловой близости и выражается через их нормированное скалярное произведение:

Xj - (Xj\,Xj2,~;Xjp) ,

(5)

(6)

В соответствие с выбранными метриками использованы соответствующие алгоритмы классификации: по расстоянию и корреляционный.

Данные алгоритмы позволяют своевременно и обоснованно определять класс состояний, в котором находится сеть ТСС, формировать новые классы состояний в

условиях разнородного оборудования, различных масштабов сети и видов дестабилизирующих факторов.

Дальнейшим этапом после

классификации состояния сети ТСС является выработка конкретных стратегии и планов по управлению сетью ТСС. Упрощённый алгоритм процесса выработки стратегий и планов по управлению сетью ТСС представлен на рис. 5. Выработка стратегии и планов по управлению сетью ТСС происходит в диалоговом режиме и в тесной взаимосвязи с ЛПР.

В четвёртом разделе диссертации представлены рекомендации по

формированию структуры и состава базы данных управляющей информации MIB и построению потоковой структуры сети управления ТСС, позволяющие обеспечить своевременность и достоверность доставки информации контроля и управления. Предлагается применение подхода с реализацией концепции «менеджер-агент» с применением протокола SNMP.

Для контроля параметров и состояний элементов сети ТСС применяются встроенные средства диагностики. В соответствие с концепцией «менеджер-агент» результаты диагностирования элементов ТСС могут периодически передаваться от «агента» к «менеджеру» или выдаваться по запросу «менеджера». При этом реализация обмена информацией в рамках концепции «менеджер-агент» возможна только при наличии специализированных MIB (MIB - Management Information Base). Поэтому в рамках диссертационной работы разработана универсальная структура AHB файлов (табл. 2) для оборудования сети ТСС. Разработанная в рамках диссертационной работы структура MIß файлов для оборудования сети ТСС зарегистрирована за номером 40584 в международной организации IANA (Internet Assigned Numbers Authority), отвечающей за регистрацию MIB для частных структур, учреждений и организаций.

За основу организации групп переменных MIB для управления сетью ТСС взята фреймовая структура БЗ ИСППР по управлению сетью ТСС, разработанная во втором разделе диссертации.

Рисунок 5 - Алгоритм процесса выработки стратегии и плана по управлению сетью ТСС

Таблица 2 - Фрагмент группы переменных, отражающих характеристики и параметры устройств сети синхронизации

Имя субдерева от Описание

8уз1етМТ 1.4.1.40584.1.1 Определяет список основных характеристик устройств сети синхронизации

эоигсеКТ 1.4.1.40584.1.2 Определяет основные параметры и характеристики источников сигналов синхронизации (ПЭГ, ВЗГ, МЗГ, ГСЭ)

¡тегГасезКТ 1.4.1.40584.1.3 Включает в свой состав переменные, отражающие основные параметры интерфейсов устройств сети синхронизации (МОВИ, ДВИ,..)

з\У11сЫп|>МТ 1.4.1.40584.1.4 Определяет основные параметры и характеристики, относящиеся к оборудованию коммутации и распределения сигналов синхронизации

ИапзпизБюпЫТ 1.4.1.40584.1.5 Включает основные параметры и характеристики направляющих систем и систем передачи, предназначенных для передачи синхросигналов

¡тра^ИТ 1.4.1.40584.1.6 Определяет параметры и характеристики основных внутренних и внешних воздействующих дестабилизирующих факторов

ехасИипеЫТ 1.4.1.40584.1.7 Включает основные переменные, отражающие характеристики оборудования точного времени

ОТРОТ 1.4.1.40584.1.8 Определяет основные параметры протокола передачи точного времени

БЗММТ 1.4.1.40584.1.9 Определяет качество передаваемых сигналов синхронизации

В силу того, что пропускная способность направляющих систем и систем передачи в различные периоды функционирования сети ТСС может различаться, при этом могут варьироваться и маршруты передачи информации между узлами сети ТСС, поэтому особую актуальность приобретает задача формирования потоковой структуры СУ сетью ТСС. Задача формирования потоковой структуры заключается в резервировании требуемой пропускной способности направляющих систем и систем передачи под трафик СУ сетью ТСС, имеющий более высокий приоритет по сравнению с трафиком пользователей. Данная задача решена в рамках диссертационной работы путём формирования соответствующего алгоритма на основе метода сечений. Применение данного алгоритма позволит обоснованно выделять ресурсы пропускной способности сети связи и обеспечивать гарантированную доставку информации контроля и управления сетью ТСС в любые периоды эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненное исследование позволяет сделать следующие основные выводы:

1. На основе проведенного системного анализа процессов функционирования сети ТСС как подсистемы ТКС высокой степени сложности выявлены структурные и функциональные взаимосвязи между элементами сети ТСС в ТКС.

2. В рамках формирования концептуальной модели сети синхронизации сформирован комплекс основных требований к элементам сети ТСС в их структурной

и функциональной взаимосвязи друг с другом с учётом воздействия дестабилизирующих факторов.

3. Для решения задачи оценки вероятности восстановления сети ТСС в случае её отказа разработана модель процесса функционирования и восстановления сети ТСС, учитывающая качественный и количественный состав метрологических ресурсов, и вычислительных ресурсов ИСППР по управлению сетью ТСС.

4. В рамках формирования структуры ИСППР по управлению сетью ТСС разработана модель БЗ, обеспечивающая необходимую полноту учёта элементов, состояний, параметров и взаимосвязей в сети ТСС.

5. Для выработки стратегий по управлению сетью ТСС разработана методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС, отличающаяся совместным применением этапов классификации состояния ТСС путём целенаправленного поиска на основе метапроцедуры сходства/различия и обоснованного выбора планов мероприятий на множестве ачьтернатив, поддерживающего систему предпочтений ЛПР.

6. В рамках реализации концепции «менеджер-агент» сформированы структура и состав базы данных управляющей информации МШ оборудования сети ТСС для решения задачи сбора, хранения и выдачи диагностической информации.

7. Разработан алгоритм расчёта необходимого резерва пропускной способности ТКС для сети управления сетью ТСС, предназначенной для передачи информации контроля и управления сетью ТСС.

8. Разработана методика формирования ИСППР по управлению сетью ТСС в условиях взаимного влияния показателей функционирования ТКС и сети ТСС, позволяющей формировать своевременные и обоснованные решения по управлению сетью ТСС.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Опарин, Е. В. Разработка структуры базы данных управляющей информации как элемента системы управления сетью тактовой сетевой синхронизации / А. К. Канаев, Е. В. Опарин И Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2013. -№ 2 (35). - С. 11-20. [Входит в перечень ВАК].

2. Опарин, Е. В. Автоматизация планирования перемещения транспортных колонн в чрезвычайных ситуациях на основе геоинформационной технологии / С. В. Алышев, В. А. Кудряшов, И. Б. Саенко, Е. В. Опарин // Известия Петербургского университета путей сообщения.-2012.-№2(31). - С. 99-105. [Входит в перечень ВАК].

3. Опарин, Е. В. Интеллектуальная система управления сетью ТСС / А. К. Канаев, Е.В.Опарин // Автоматика, связь, информатика. - 2013. - №9. - С. 13-25. [Входит в перечень ВАК].

4. Опарин, Е. В. Системный аначиз функционирования сети тактовой сетевой синхронизации в составе телекоммуникационной системы / Е. В. Опарин // Сборник научных статей секции молодых исследователей «Транспорт: проблемы, идеи, перспективы» ПГУПС. - СПб.: ПГУПС, 2011. - С. 48-50.

5. Опарин, Е. В. Формирование модели процесса функционирования и восстановления сети тактовой сетевой синхронизации в условиях применения автоматизированной системы поддержки принятия решений [Электронный ресурс] /

А. К. Канаев, Е. В. Опарин, А. К. Тощев // Бюллетень результатов научных исследований. -2011. - № 1. - С. 41-55. - Режим доступа: http://research-bulletin.org/upload/uf/Obc/ bulletinl 1 pdf

6. Опарин, Е. В. Построение фреймовой модели представления знаний в интеллектуальной системе поддержки принятия решений системы управления сетью тактовой сетевой синхронизации [Электронный ресурс] / А. К. Канаев, Е. В. Опарин, М. А. Камынина // Бюллетень результатов научных исследований. - 2012. - № 1. - С. 5968. - Режим доступа: http://research-bulletin.org/articles/.

7. Опарин, Е. В. Методика формирования сети тактовой сетевой синхронизации и управления ею в условиях перехода к NGN [Электронный ресурс] / А. М. Александров, А. С. Ванчиков, А. К. Канаев, Е. В. Опарин // Бюллетень результатов научных исследований. - 2012. - № 2. - С. 7-13. - Режим доступа : http://research-bulletin.org/upJoad/ uf/9c4/bulletin_2.pdf.

8. Опарин, Е. В. Синхронизация сетей мобильной связи третьего поколения и способы её обеспечения [Электронный ресурс] / А. С. Ванчиков, А. К. Канаев, Е. В. Опарин, А. К. Тощев // Бюллетень результатов научных исследований - 2012. - №2. - С. 56-63. -Режим доступа: http://research-bulletin.org/upload/uf79c4/bulletin_2.pdf.

9. Опарин, Е. В. Формирование элементов системы управления сетью передачи данных с применением аппарата нейронных сетей [Электронный ресурс] / А. К. Канаев, М. А. Камынина, Е. В. Опарин // Бюллетень результатов научных исследований - 2012. -№ 2. - С. 47-55. - Режим доступа : http://research-bulletin.org/upload/uf79c4/bulletin_2.pdf.

10. Опарин, Е. В. Способы обнаружения отклонений в функционировании элементов сети передачи данных в интересах системы управления [Электронный ресурс] / А. К. Канаев, М. А. Камынина, Е. В. Опарин // Бюллетень результатов научных исследований. - 2012. -№ 3. - С. 137-148. - Режим доступа : http://research-bulletin.org/upload/uf/a28/brni_3.pdf.

11. Опарин, Е. В. Методика расчёта потоковой структуры сети передачи управляющей информации в системе управления сетью тактовой сетевой синхронизации [Электронный ресурс] / А. К. Канаев, Е. В. Опарин, М. А. Камынина // Бюллетень результатов научных исследований. — 2012. — № 3. — С. 149-159. - Режим доступа: http://research-bulletin.org/upload/uf/a28/brni_3.pdf.

12. Опарин, Е. В. Концептуальная модель предметной области — технической эксплуатации сети синхронизации и её описание на основе аппарата фреймовых моделей / А. С. Ванчиков, А. К. Канаев, Е. В. Опарин // Сборник материалов III Международного конгресса «Цели развития тысячелетия» и инновационные принципы устойчивого развития арктических регионов». - СПб. : ООО «ПИФ.СОМ», 2010.-С. 142-150.

13. Опарин, Е. В. Формирование элементов интеллектуальной системы управления сетью тактовой сетевой синхронизации в телекоммуникационной системе ОАО «РЖД» / А. К. Канаев, В. В. Кренёв, Е. В. Опарин // Сборник материалов первой международной научно-практической конференции «Интеллектуальные системы на транспорте» ПГУПС. -СПб. : ПГУПС, 2011. - С. 277-284.

14. Опарин, Е. В. Обеспечение сигналами точного времени и частоты территориально распределённых промышленных комплексов / А. С. Ванчиков, А. К. Канаев, Е. В. Опарин // Сборник трудов X Российской научно-технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления». - Калуга: ООО «Ноосфера», 2011. - С. 217-220.

15. Опарин, Е. В. Подход к формированию элементов интеллектуальной системы управления сетью тактовой сетевой синхронизации в телекоммуникационной системе ОАО

«РЖД»/ Е. В. Опарин // Труды 66-ой научно- технической конференции, поев. Дню радио. -СПб. : СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. - С. 233-235.

16. Опарин, Е. В. Управление подсистемами телекоммуникационной сети в интересах комплексного развития инфраструктуры арктических регионов / А. К. Канаев, В. В. Кренёв, Е. В. Опарин // Сборник материалов IV Международного конгресса «Цели развития тысячелетия» и инновационные принципы устойчивого развития арктических регионов». -СПб.: ООО «ПИФ.СОМ», 2012. - С. 137-143.

17. Опарин, Е. В. Применение механизмов частотно-временной синхронизации в пакетно-ориентированных распределённых телекоммуникационных системах / А. К. Канаев, А. П. Вандич, Е. В. Опарин // Сборник материалов IV Международного конгресса «Цели развития тысячелетия» и инновационные принципы устойчивого развития арктических регионов». - СПб. : ООО «ПИФ.СОМ», 2011. - С. 143-148.

18. Опарин, Е. В. Моделирование процесса управления в единой системе мониторинга и администрирования связи ОАО «РЖД» / А. П. Вандич, Е. В. Опарин, А. А.Привалов // Сборник материалов IV Международного конгресса «Цели развития тысячелетия» и инновационные принципы устойчивого развития арктических регионов». -СПб. : ООО «ПИФ.СОМ», 2011. - С. 130-133.

19. Опарин, Е. В. Формирование требований к средствам встроенной диагностики источников синхросигналов в сети тактовой сетевой синхронизации / А. С. Ванников, А. К. Канаев, Е. В. Опарин // Сборник материалов V международной научно-практической конференции «Проблемы безопасности на транспорте». - Гомель БелГУТ, 2010. - С. 215217.

20. Опарин, Е. В. Применение фреймового аппарата представления знаний в системе управления сетью тактовой сетевой синхронизацией ОАО «РЖД»/ А. К. Канаев, М. А. Камынина, Е. В. Опарин // Труды 67-й научно- технической конференции, поев. Дню радио. - СПб. : СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012. - С. 141-142.

21. Опарин, Е. В. Применение элементов теории распознавания образов при классификации состояний сети тактовой сетевой синхронизации ОАО «РЖД» / А. М. Александров, А. К. Канаев, Е. В. Опарин // Труды 67-й научно-технической конференции, поев. Дню радио. - СПб. : СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012. - С. 142-144.

22. Опарин, Е. В. Формирование базы знаний интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению сетью тактовой сетевой синхронизации ОАО «РЖД» / А. К. Канаев, М. А. Камынина, Е. В. Опарин // Сборник материалов второй международной научно-практической конференции «Интеллектуальные системы на транспорте». - СПб. : ПГУПС, 2012- С. 238-244.

23. Опарин, Е. В. Классификация состояний сети тактовой сетевой синхронизации ОАО «РЖД» с использованием алгоритмов распознавания образов / А. М. Александров, А. К. Канаев, Е. В. Опарин // Сборник материалов второй международной научно-практической конференции «Интеллектуальные системы на транспорте». - СПб. : ПГУПС, 2012-С. 244-253.

Подписано в печать 28.10.2013. Формат 60x84 1/16.

Печ. л. 1,0. Тир. 100. Зак. 1062._

Отпечатано в ПГУПС, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщений»

На правах рукописи

04201 45^661

Опарин Евгений Валерьевич

Методика формирования интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению сетью тактовой сетевой

синхронизации

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор технических наук, доцент

Канаев А.К.

Санкт-Петербург 2013

Оглавление

Введение.....................................................................................................................4

1 Анализ предметной области сети тактовой сетевой синхронизации как объекта управления и разработка обобщенной модели предметной области......................................................................................................................10

1.1 Формирование множества элементов сети синхронизации, определение требований к ним и характера взаимосвязей..........................................................10

1.2 Системный анализ функционирования сети тактовой сетевой синхронизации в составе телекоммуникационной системы..............................................................24

1.3 Разработка обобщенной модели предметной области функционирования сети тактовой сетевой синхронизации.............................................................................30

1.4 Постановка задачи по формированию интеллектуальной системы поддержки принятия решений системы управления ТСС........................................................33

1.5 Выводы по разделу 1...........................................................................................38

2 Модели процессов функционирования и восстановления сети тактовой сетевой синхронизации, учитывающие подпроцессы принятия решений по поддержанию её исправного состояния................................40

2.1 Описание процессов функционирования и восстановления сети тактовой сетевой синхронизации в условиях автомацизации функций диагностики и управления..................................................................................................................40

2.2 Модель восстановления состояния обеспечения синхронизации в сети тактовой сетевой синхронизации на основе вероятностно-временных графов с применением аппарата полумарковских процессов..............................................46

2.3 Расчёт временных характеристик процессов обработки информации в состояниях, предполагающих обращение к системе управления ТСС...............49

2.4 Модель процесса восстановления состояния обеспечения синхронизации в сети тактовой сетевой синхронизации с использованием метода производящих функций......................................................................................................................55

2.5 Выводы по разделу 2...........................................................................................61

3 Разработка методики формирования интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению сетью тактовой сетевой синхронизации........................................................................................................64

3.1 Принципы организации и построения интеллектуальных систем поддержки принятия решений в системах управления ТКС....................................................64

3.2 Формализованное описание объектов предметной области функционирования сети ТСС на основе аппарата фреймовых моделей...............................................68

3.3 Методика формирования вариантов решений по управлению сетью тактовой сетевой синхронизации.............................................................................................82

3.4 Методика формирования плана восстановления сети ТСС, поддерживающая систему предпочтений ЛПР......................................................................................96

3.5 Выводы по разделу 3.........................................................................................111

4 Рекомендации по формированию структуры и состава базы данных управляющей информации MIB и построению потоковой структуры сети управления ТСС.........................................................................................113

4.1 Анализ существующих подходов к построению систем управления в телекоммуникационных системах.........................................................................113

4.2 Формирование структуры и состава базы данных управляющей информации MIB сети управления ТСС......................................................................................116

4.3 Формирование потоковой структуры сети управления ТСС........................120

4.4 Проведение оценки разработанной методики формирования интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению сетью

синхронизации.........................................................................................................130

4.4 Выводы по разделу 4........................................................................................140

5 Заключение............................................................................................142

Список используемых источников Приложение А..................................

144 158

Введение

Актуальность темы исследования.

Практика эксплуатации железных дорог показывает, что эффективность организации железнодорожных перевозок во многом определяется состоянием системы управления (СУ) железнодорожными перевозками, основу которой составляет телекоммуникационная система (ТКС). Одной из важнейших подсистем ТКС является сеть тактовой сетевой синхронизации (ТСС), которая выполняет функции формирования, передачи и распределения сигналов синхронизации, необходимых для поддержания функционирования всех цифровых устройств ТКС и предоставления услуг связи заданного качества. Каждый элемент ТСС характеризуется множеством параметров, отражающих его состояние, а сеть ТСС представляет собой большую и сложную подсистему электросвязи. При этом информация о состоянии элементов сети ТСС зачастую является неполной, в определённых условиях недостоверной, а требования к оперативности выработки решений постоянно ужесточаются. Перечисленные факторы не позволяют персоналу центров технического управления и обслуживания ТКС принимать обоснованные и своевременные решения по управлению сетью ТСС без соответствующих средств интеллектуальной поддержки принятия решений, которые в настоящий момент недостаточно развиты. Таким образом следует считать актуальной работу, направленную на формирование интеллектуальной системы поддержки принятия решений (ИСППР) по управлению сетью ТСС в условиях отсутствия единого научно-методического подхода к её построению.

Степень разработанности проблемы.

Вопросами формирования интеллектуальных систем поддержки принятия решений посвящены работы И. А. Башмакова, И. Г. Котенко, Д. А. Поспелова, Г. В. Рыбиной. Теоретические и прикладные разработки в области построения сетей синхронизации и их технической эксплуатации отражены в работах: В.В. Шахгильдяна, И. Б. Шахторина, Г.Г. Морозова, М.Н. Колтунова, А.Т. Лебедева.

Целью диссертационной работы является повышение обоснованности и оперативности принимаемых решений по управлению сетью ТСС, которые позволят обеспечить устойчивость функционирования системы ТСС в ТКС ОАО «РЖД».

Объектом исследования диссертационной работы является интеллектуальная система поддержки принятия решений по управлению сетью ТСС.

Предметом исследования являются методики и модели формирования интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению сетью ТСС.

В соответствие с указанной целью в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

1. проведен системный анализ процессов функционирования сети ТСС, как подсистемы ТКС высокой степени сложности, и определены структурные и функциональные взаимосвязи между элементами сети ТСС в ТКС;

2. сформирован комплекс основных требований к элементам сети ТСС в их структурной и функциональной взаимосвязи друг с другом с учётом воздействия дестабилизирующих факторов;

3. разработана модель процесса функционирования и восстановления сети ТСС, учитывающая качественный и количественный состав метрологических ресурсов, и вычислительных ресурсов ИСППР по управлению сетью ТСС;

4. разработана модель базы знаний (БЗ) ИСППР по управлению сетью ТСС, обеспечивающая необходимую полноту учёта элементов, состояний, параметров и взаимосвязей в сети ТСС;

5. разработана методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС, поддерживающая систему предпочтений лица, принимающего решения (ЛПР);

6. сформированы структура и состав базы данных управляющей информации MIB {Management Information Base) оборудования сети ТСС для решения задач сбора, хранения и предоставления диагностической информации;

7. разработан алгоритм расчёта требований резерва пропускной способности сети управления сетью ТСС, предназначенной для передачи информации контроля и управления сетью ТСС;

8. разработана методика формирования ИСППР по управлению сетью ТСС путём объединения фреймовой модели БЗ и методики формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС с учетом требований к составляющим ТСС и ТКС.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. на основе проведённого системного анализа процесса функционирования сети ТСС сформирована концептуальная модель сети синхронизации, отличающаяся полнотой учёта существующих и перспективных элементов ТСС и ТКС, а также учётом внутренних и внешних дестабилизирующих факторов;

2. представлен взаимоувязанный комплекс требований к элементам и сигналам синхронизации сети ТСС, виду и характеру внешних и внутренних воздействий, отличающийся учётом структурных и функциональных взаимосвязей между элементами ТСС;

3. на основе проведенного системного анализа процесса функционирования сети ТСС разработана модель процесса функционирования и восстановления сети ТСС как полумарковского процесса, отличающаяся учётом ресурсов СУ по доставке и обработке диагностической информации, а также качественного и количественного состава метрологических ресурсов;

4. разработана фреймовая модель представления знаний в рамках формирования базы знаний ИСППР по управлению сетью ТСС, отличающаяся включением декларативных и процедурных знаний об элементах и процессах сети ТСС и учётом взаимосвязей между ними;

5. для решения задачи выработки управляющих воздействий разработана методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС, отличающаяся совместным применением процедур классификации

состояний путём целенаправленного поиска на основе сходства/различия и обоснованного выбора планов мероприятий на множестве альтернатив;

6. для решения задачи сбора, хранения и выдачи диагностической информации разработаны структура и состав базы данных управляющей информации М1В для контроля и управления сетью ТСС;

7. с целью обеспечения оперативности, непрерывности и устойчивости управления сетью ТСС предложена методика расчёта потоковой структуры сети управления сетью ТСС, позволяющая обоснованно задавать значения требуемого резерва пропускной способности направляющих систем;

8. Для решения задач по управлению сетью ТСС разработана методика формирования ИСППР путём объединения фреймовой модели БЗ и методики формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС с учетом требований к составляющим ТСС и ТКС.

Основные результаты, выносимые на защиту.

1. Модель процесса функционирования и восстановления сети ТСС как полумарковского процесса, отличающаяся учётом качественного и количественного состава метрологических ресурсов, а также учётом ресурсов СУ по доставке и обработке диагностической информации, и позволяющая сформировать требования к элементам сети ТСС и СУ ТСС;

2. Фреймовая модель представления знаний в рамках формирования базы знаний ИСППР по управлению сетью ТСС, отличающаяся включением декларативных и процедурных знаний об элементах и процессах в сети ТСС, и позволяющая обеспечить требуемую полноту учёта элементов ТСС и взаимосвязей между ними, состояний элементов и параметров их характеризующих;

3. Методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС, отличающаяся совместным применением этапов классификации состояния ТСС путём целенаправленного поиска на основе метапроцедуры сходства/различия и обоснованного выбора планов мероприятий на множестве альтернатив, поддерживающего систему предпочтений ЛПР;

4. Рекомендации по формированию структуры и состава базы данных управляющей информации MIB и построению потоковой структуры сети управления ТСС, позволяющие обеспечить своевременность и достоверность доставки информации контроля и управления..

Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в следующем:

практическая значимость модели процесса функционирования и восстановления сети ТСС заключается в возможности для операторов связи обосновывать количественный и качественный состав встроенных и внешних средств диагностики и технический состав системы управления ТСС при развитии сети или новом строительстве ТКС, которые позволят поддерживать заданные значения отказоустойчивости сети ТКС.

разработанная фреймовая модель и соответствующая структура MIB представляют собой основу для создания перспективного аппаратно-программного комплекса, реализующего концепцию "агент-менеджер" при создании СУ ТСС соответствующими компаниями-разработчиками: ЗАО "Транссеть", ООО "МИКС" и др., которая может применяться проектными организациями ОАО "Росжелдорпроекта" и операторами связи: ЦСС ОАО "РЖД", ЗАО "ТрансТелеКом" и др.

Методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС доведена до соответствующих инженерных алгоритмов, готовых к реализации на языках программирования: OWL, RDF(S), DAML+OIL в соответствующих компаниях: ЗАО "Транссеть", ООО "МИКС" и др.

Предложены и обоснованы рекомендации по формированию ИСППР, позволяющие повысить своевременность и обоснованность принимаемых решений по управлению сетью ТСС, а также снизить затраты ресурсов СУ сетью ТСС. Результаты нашли применение в НИР «ВОЛС/ДСС», учебном процессе ФГБОУ ВПО ПГУПС и соответствующих разработках ООО «МИКС».

Апробация результатов диссертационной работы.

Основные результаты и положения диссертационной работы обсуждались и получили положительную оценку на следующих научных конференциях: Международный конгресс «Цели развития тысячелетия» и инновационные принципы устойчивого развития арктических регионов» (Санкт-Петербург, 2010,

2011, 2012), V международная научно-практическая конференция «Проблемы безопасности на транспорте» (Гомель, 2010), международная научно-практическая конференция «Интеллектуальные системы на транспорте» (Санкт-Петербург, 2011, 2012), НТК посвященная Дню радио (Санкт-Петербург, 2011,

2012, 2013), X Российская научно-технической конференция «Новые информационные технологии в системах связи и управления» (Калуга, 2011)..Основные положения работы также доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях кафедры «Электрическая связь» ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения» в 2011-2013 гг.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 32 печатные работы, в том числе пять - в рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех раздел в, заключения, списка литературы из 135 наименований, приложения, изложена на 159 страницах и содержит 13 таблиц и 52 рисунка.

1 Анализ предметной области сети тактовой сетевой синхронизации как объекта управления и разработка обобщённой модели предметной области

1.1 Формирование множества элементов сети синхронизации, определение требований к ним и характера взаимосвязей

В рамках формирования ИСППР по управлению сетью ТСС необходимо рассмотреть составные элементы сети ТСС. Ключевыми элементами сети ТСС являются источники сигналов синхронизации. Источники сигналов синхронизации представляют собой задающие генераторы, обеспечивающие формирование и распределение синхросигналов. Распределение сигналов синхронизации необходимо с целью доведения синхросигналов до цифровой аппаратуры ТКС. Указанное распределение сигналов синхронизации осуществляется в соответствии с иерархией приоритетов задающих генераторов, представленной на рисунке 1.1 [21, 132]. Иерархия приоритетов показывает, что каждый уровень задающего генератора синхронизируется от более высокого или того же уровня.

На самом верхнем уровне иерархии находится первичный эталонный генератор (ПЭГ), от которого синхронизируются задающие генераторы второго уровня - вторичные задающие генераторы (ВЗГ) и третьего уровня - местные задающие генераторы (МЗГ). На низшей ступени иерархии располагаются задающие генераторы сетевых элементов (ГСЭ) - задающие генераторы мультиплексоров [22, 23, 132]. Рассмотрим последовательно характеристики и параметры генераторов каждого уровня.

Первичный эталонный генератор представляет собой эталонный задающий генератор, использующий для формирования сигналов синхронизации частоты водородных или цезиевых эталонных источников [3, 12, 132]. Первичный эталонный генератор состоит из трёх первич�