автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Обоснование состава режимов функционирования перспективных приемо-передающих комплексов метрового диапазона волн для пакетных радиосетей

На правах рукописи

6002 Л 0 V 3 О

ПАРАМОНОВ ГЕННАДИЙ БОРИСОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРИЕМО ПЕРЕДАЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ МЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН ДЛЯ ПАКЕТНЫХ РАДИОСЕТЕЙ

Специальность: 05.12.13 Системы, сети и устройства

телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2009

003475099

Работа выполнена в ЗАО «Научно-исследовательский внедренческий центр автоматизированных систем» (г. Москва)

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ

доктор технических наук, профессор Цимбал Владимир Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шиманов Сергей Николаевич

кандидат технических наук, доцент Архипов Евгений Анатольевич

Ведущая организация: ФГУП «Калужский НИИ телемеханических устройств», г. Калуга

Защита состоится « » 2009 года в на

заседании диссертационного совета ДС 212.025.04 при Владимирском

государственном университете по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д.87, ВлГУ, К . 3

Отзывы, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д.87, ВлГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета

Автореферат разослан » С&д^Э. 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.025.04

доктор технических наук, профессор /

А.Г. Самойлов

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность: Современный этап научно-технического прогресса характеризуется возрастанием объема информации, поступающей к руководителю производства и необходимой для принятия обоснованного управленческого решения. Повышение эффективности управления в настоящее время невозможно без использования автоматизированных систем управления (АСУ), основанных на применении информационных технологий, и прогрессивных математических моделей управления. Для АСУ производственными объединениями характерны распределенные на значительной территории и удаленные от центра управления на сотни километров объекты управления, связь с которыми может осуществляться с использованием пакетной радиосети, выполняющей функцию средств телекоммуникации в системе в целом.

АСУ территориально распределенными объектами имеют ряд общих особенностей, которые позволяют выделить для исследования новый объект - АСУ общего назначения (АСУ ОН), и на его базе провести обоснованный анализ и синтез ее информационной сети. Отметим, что в АСУ ОН имеются звенья управления (ЗУ), состоящие друг с другом в иерархической зависимости и связанные информационной сетью. При этом, как правило, имеются: верхнее звено управления (ВЗУ), средние ЗУ (СЗУ), нижние ЗУ (НЗУ) и исполнительные ЗУ (ИЗУ). Как правило, в АСУ ОН все ЗУ являются подвижными объектами (ПО).

Решение задачи обеспечения требуемых вероятностно-временных характеристик (ВВХ) доведения сообщений в распределенных информационных радиосетях, а также повышение эффективности использования их каналов радиосвязи может быть обеспечено на основе применения распределенных пакетных радиосетей (РПРС). Последние способны сформировать информационную сеть, во-первых, с большим количеством рокадных связей, что существенно повышает ее связность, и, во-вторых, реализует принцип коммутации пакетов, что значительно повышает эффективность использования каналов связи пакетными радиоустановками (ПРУ).

Реализация РПРС предусматривается в основном на базе перспективных приемо-передающих комплексов (ППК) метрового диапазона, разрабатываемых в настоящее время промышленностью (шифр «Бутон») и обеспечивающих передачу разделяемого во времени цифрового потока информации со скоростью 16-32 кбит/с. Такой ППК способен формировать информационную сеть АСУ территориально распределенных ПО, сеть оперативного речевого управления (ОРУ), сеть межкомпьютерного обмена (МКО), а также решать задачи резервирования проводных каналов связи. Оснащение всех ЗУ АСУ ОН ПО будет происходить поэтапно, при этом первые образцы такого ППК согласно техническому заданию (ТЗ) на ОКР должны обеспечивать встречную работу с ППК старого парка «Бант».

Необходимость устойчивой работы ППК старого парка («Бант») в условиях сложной помеховой обстановки обусловило в нем наличие четырех

режимов функционирования: режим непосредственного предоставления каналов (НТЖ), режим заранее подготовленных частот (ЗПЧ), режим адаптации (А), режим старого парка (СП). Техническим заданием на ОКР «Бутон» в интересах встречной работы 1 II IK «Бутон» с ППК старого парка предусмотрено обоснование целесообразности реализации в разрабатываемом изделии апробированных режимов НПК, ЗГГЧ и А. Такое обоснование возможно осуществить на основе методологического аппарата адаптивного управления системой радиосвязи (СРС).

Адаптивному управлению СРС посвящены монографии и труды научных школ Финка Л.М., Кловского Д.Д., Борисова В.И., Бути H.H., Директо-рова М.Ф., Воронина A.A., Ростовцева Ю.Г., Советова Б.Я., Злобина В.И., Цимбала В.А. и многих других. Эти работы показали высокую эффективность методов адаптивного управления в системах радиосвязи различного назначения. Однако многообразие указанных методов требует проведения исследований применительно к конкретным системам передачи информации метрового диапазона волн.

В ТЗ на ОКР «Бутон» указано, что ППК «Бутон» должен обеспечить встречную работу с ПГ1К старого парка во всех режимах функционирования. Однако практика эксплуатации ППК «Бант» показала, что режимы функционирования НПК и ЗПЧ реализуются достаточно просто и эффективны (оперативны), реализация режима А очень сложна, и его внедрение в ППК «Бутон» является проблематичным.

В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: с одной стороны, реализация режимов ЗПЧ и А в ППК «Бутон» в условиях помех приводит к повышению оперативности формирования сети радиосвязи. С другой стороны, реализация режимов ЗПЧ и А в ППК «Бутон» в условиях помех приводит к увеличению его аппаратно-про1раммной избыточности. Разрешение данного противоречия заключается в обосновании минимально достаточного состава режимов функционирования ППК «Ьутон» в помехо-вой обстановке при встречной работе с ПГ1К «Бант» по критерию оперативности формирования (сохранения) сети.

Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертации «Обоснование состава режимов функционирования перспективных приемопередающих комплексов метрового диапазона волн для пакетных радиосетей».

Объектом исследования являются распределенные пакетные радиосети в процессе «встречной работы» ППК метрового диапазона волн нового и старого парков в условиях помеховой обстановки.

Предметом исследования являются математические модели процессов функционирования ППК метрового диапазона волн в штатных режимах работы.

Целью диссертационных исследований является обоснование состава режимов функционирования ППК метрового диапазона волн «Бутон» переходного периода при их встречной работе с 1 IHK типа «Бант».

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решена научная задача разработки программно-математического аппарата нахождения оперативности формирования сетей ППК метрового диапазона волн «Бутон» при их встречной работе с ППК типа «Банг» для штатных режимов работы ППК в условиях помеховой обстановки.

Основными направлениями исследования являются:

• анализ особенностей встречной работы ППК метрового диапазона волн «Бутон» с ППК старого парка «Бан г»;

• разработка математической модели процесса функционирования радиосети на базе перспективных ППК «Бутон» - в режиме HJIK;

• разработка математической модели процесса функционирования радиосети на базе перспективных ППК «Бутон» - в режиме ЗПЧ;

• разработка математической модели процесса функционирования радиосети на базе перспективных ППК «Бутон» - в режиме А;

• исследование временных характеристик (ВХ) и ВВХ штатных режимов функционирования ППК метрового диапазона волн в РПРС;

• разработка методики обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн в PI IPC;

• разработка рекомендаций по выбору конкретных параметров обоснованных режимов функционирования перспективных ППК.

Основные результаты, представляемые к защите:

1. Математические модели штатных режимов функционирования ППК метрового диапазона волн в распределенной пакетной радиосети.

2. Методика обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн в распределенной пакетной радиосети.

Научная новизна полученных результатов:

1. Разработанные математические модели штатных режимов функционирования ППК метрового диапазона волн в распределенной пакетной радиосети, в отличие от известных, учитывают временные и вероятностно-временные характеристики как процесса адаптации, так и процесса автоматической диагностики радиосредств.

2. Методика обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн в распределенной пакетной радиосети впервые базируется ira ВХ и ВВХ процесса формирования (сохранения) конфигурации радиосети.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории конечных марковских цепей и моделирования систем, высокой согласованностью полученных результатов с физикой исследуемого процесса.

Практическая значимость результатов диссертационного исследова-

ния заключается в том, что они доведены до уровня инженерных моделей, методики и позволяют на стадии формирования технического облика ГШК «Бутон» переходного этана закладывать в него обоснованный состав режимов функционирования при встречной работе с ППК старого парка тииа «Бант».

Результаты исследований представляют практический интерес для на-учно-исслсдовательских учреждений и проектных организаций с целью усовершенствования существующих и создания перспективных адаптивных I II IK. Кроме того, результаты работы могут быть использованы в вузах при изучении учебных дисциплин, соответствующих тематике данной диссертационной работы.

Результаты работы реализованы:

1. В войсковой части 08310 при разработке ТТЗ на перспективный ириемо-передающий комплекс метрового диапазона волн в рамках ОКР «Бутон» (акт о реализации в.ч. 08310 от 26.03.2009 г.).

2. В ЗАО «НИВЦ АС» при обосновании ТТТ и разработке технического облика на ППК метрового диапазона волн «Буюн» (акт о реализации ЗАО «НИВЦ АС» от 07.04.2009 г.).

3. В учебном процессе Серпуховского ВИ РВ при изучении дисциплин «Информационные сети и телекоммуникации» и «Цифровые сети интегрального обслуживания» (акт о реализации СВИ РВ от 12.02.2009 г.).

Апробация работы н публикации. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на LXIII-LXIV научной сессии Российского НТОРЭС имени A.C. Попова, посвященной Дню радио (Москва, 2008 и 2009 г.г.); VII Российской НТК «Новые информационные технологии в системах связи и управления» (Калуга, 2008); XXVII Межведомственной НТК «Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем» (Серпухов, 2008 г.); ( и (I НПК «Информационные технологии в образовании, науке и производстве» (Серпухов, 2007 и 2008 г.г.).

Работа выполнена лично автором и является результатом исследований, в которых автор принимал непосредственное участие в течение последних 10 лет. За это время непосредственно по теме диссертации опубликовано 37 работ, в том числе: 10 научных статей (три статьи в журнале из Перечня ВАК), тезисы 3 докладов, 18 отчётов о НИР и 1 отчет об ОКР, 5 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников и приложения, изложена на 145 страницах машинописного текста. В сиисок использованных источников внесен 91 научный источник.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задача исследования, изложены научные результаты, представляемые к защите, приведены аннотация и структура работы.

В пепвом разделе проведён анализ особенностей встречной работы перспективного ППК метрового диапазона волн «Бутон» с ППК старого парка «Бант» в условиях помеховой обстановки, сформулирована математическая постановка задачи исследования.

Показано, что РПРС, построенная на базе ППК метрового диапазона волн, в основном имеет конфигурацию тина «комбинированная радиосеть» (КРС) (передача «вниз всем» - в радиосети, передача «от каждого вверх» - в радионанравлении) и вследствие этого обладает существенным достоинством

- высокой оперативностью информационного обмена абонентов. Необходимость устойчивого функционирования КРС в условиях помеховой обстановки обусловил наличие в ППК старого парка «Бант» режимов функционирования ЗПЧ и А. Приведено обоснование простоты аппаратно-программной реализации (АПР) режима ЗПЧ и показано, что он базируется на ненаправленном поиске оптимальной частоты передачи (ОЧП) из массива ЗПЧ. Сделан вывод о том, что режим А основан на направленном поиске оптимальной ОЧП из массива А, однако его АПР значительно сложнее по сравнению с АПР режима ЗПЧ. Данный факт обуславливает наличие противоречия в диссертационном исследовании.

Проведен анализ помеховой обстановки, имеющей место вследствие недостаточной координированное™ работы частотно-диспетчерских служб различных министерств и ведомств, а также радиоэлектронного вандализма в эфире. Показано, что в диапазоне метровых волн имеются шумовые помехи с полосой частот ДР, =50 М1'ц, М<\ = 5 М1 ц и Д^, = 1 МГц. Наиболее вероятной является шумовая помеха с Д/7, = 1 МГц, которой обеспечивается эффективное энергетическое поражение частот из массивов ЗПЧ, А.

Из проведенного анализа следует, что разрешение сформулированного противоречия заключается в обосновании минимально достаточного состава режимов функционирования ППК «Бутон» в помеховой обстановке при встречной работе с ППК «Бант» по критерию оперативности формирования (сохранения) сети. При этом режим ППК должен присутствовать безусловно ввиду необходимости диагностики сформированных передающего и приемного трактов ППК.

Математическая постановка задачи исследования - обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн РПРС по критерию превосходства одного из режимов с учетом их аппаратно-программной избыточности (АПИ) (либо режима ЗПЧ, либо режима А)

- формулируется следующим образом. Пусть оперативность (ВВХ и ВХ) режима ЗПЧ (А) оценивается показателем

*т*ЗПЧ _¡ ЗПЧ —ЗПЧ _зпч\ ТА _/_а —аа\

Т(з) 'а /> Г(з)-\Тг*,>Т >а / О

тЗПЧ , ТА „ „ ЗПЧ

где Жф ( (.!)) ~ трехмерный вектор, включающии компоненты: тртг

л

(Тртг) - квантиль времени, соответствующий формированию (сохранению)

б

КРС в режиме ЗПЧ (А) с требуемой вероятностью Ртр\ хЗПЧ (ТА ) - среднее время формирования (сохранения) КРС в режиме ЗПЧ (А); <ТЗПЧ {О4) -среднее квадратическое отклонение (СКО) времени формирования (сохранения) КРС в режиме ЗПЧ (А). Пусть также тш ~ максимально допустимое время формирования (сохранения) КРС, общее для режимов ЗПЧ и А ППК.

Тогда задача обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн РПРС сводится к проверке выполнения следующего обобщенного критерия превосходства (Кпр), вербальное описание которого таково: лучшим является тот режим, который, удовлетворяя требованиям по ВВХи ВХ, обладает меньшей АПИ.

Таким образом, для решения поставленной в диссертационной работе научной задачи требуется:

1. Найти оценку оперативности режимов ЗПЧ и А

-{<* .?>- )=. т, ц)£ушт = /г<„„, щ

где Ак1нт и ^Бант ~ алгоритмы формирования (сохранения) КРС ППК «Бант» в режимах ЗПЧ и А соответственно;

П - параметры помеховой обстановки в районе размещения ППК КРС.

2. Осуществить проверку выполнения обобщенного критерия превосходства одного из режимов (ЗПЧ или А) - К„р.

Во втором разделе, исходя из постановки задачи исследования, построены математические модели штатных режимов функционирования ППК метрового диапазона волн в КРС (НПК, ЗПЧ и А) РПРС для базового сегмента информационной сети АСУ ОН, состоящего из четырех ППК, причем главная станция в КРС (Г) есть ППК типа «Бутон», а подчиненные станции (1,2,3) есть ППК типа «Бант».

Математическая модель процесса функционирования УКВ радиосети ППК «Бутон» - «Бант» в режиме ЗПЧ представляет собой конечную марковскую цепь (КМЦ). Согласно алгоритму функционирования ППК типа «Бант» при формировании КРС или ее адаптации к помеховой обстановке возможны два варианта развития ситуации.

Вариант I. ППК типа «Бант» в КРС последовательно «пробуют» с помощью оконечной аппаратуры (ОА) качество текущей общей частоты передачи (ОЧП) из массива частот ЗПЧ (4, 8 или 16 частот). При ее браковке осуществляется перевод КРС на следующую ОЧП и т.д. При исчерпании всего массива частот центральный (главный) ППК (ППК Ц) осуществляет все операции, начиная с первой (т.е. происходит бесконечная проба ОЧП из массива частот ЗПЧ).

Вариант 2. ППК типа «Бант» в КРС последовательно «пробуют» с помощью ОА качество текущей общей частоты передачи (ОЧП) из массива частот ЗПЧ. При ее браковке осуществляется перевод КРС на следующую ОЧП и т.д. При исчерпании всего массива частот ППК Ц осуществляет пере-

вод КРС из режима ЗПЧ в режим А (либо в автоматическом режиме, либо по команде оператора).

Для выявления общих закономерностей процесса функционирования ППК типа «Бант»-«Бутон» при их встречной работе как по первому, так и по второму варианту данный процесс рассматривается последовательно для случаев одной, двух, трех и четырех ОЧП в массиве частот ЗПЧ.

Граф переходов КМЦ режима ЗПЧ для ППК «Бутон» - (массив ЗПЧ -1 частота) для варианта 1 представлен на рисунке 2.

^2,3 =Р,

2,1 =9/ Л.З =1 Рисунок 2 - Сигнальный граф переходов КМЦ режима ЗПЧ для ППК «Бутон» - «Бант» для варианта 1 (массив ЗПЧ - 1 частота) Состояние X) соответствует состоянию готовности КРС. Состояние х; -ОА произведена браковка КРС на частоте ЗПЧ 1. Главный ППК выдает подчиненным ППК кодограмму «ЗПЧ1». Состояние х2 - КРС переведена на частоту ЗПЧ 1. КРС выдает в ОА сигнал «Готовность каналов». Матрица переходных вероятностей (МПВ) данной КМЦ имеет вид

(2)

где а - вероятность перевода КРС с первой частоты режима ЗПЧ на другую (а=1-Ь)\ р/ - вероятность отмены браковки каналов ОА на новой ОЧП в ходе ее пробы (р/=У-<7/).

Теория КМЦ сравнительно легко позволяет найти ВВХ по уравнению Колмогорова-Чепмена (УКЧ), которое для данного случая имеет вид.

Р<з>(п)=Р<3>(0).Р,\зг (3)

Нахождение среднего времени (математического ожидания (МО)) осуществляется по фундаментальной матрице (ФМ), синтезируемой из МПВ. Дисперсия искомого времени находится по дисперсионной матрице (ДМ):

/ т ЧИЧ '

ъ а 0

Я\ 0 Р\

0 0 1

—ЗПЧ "Бутон' формирования сеты

ШЧ'Вутт'

~ РгУш

их-

■ар[

2р1

(кпч)г.

(4)

(5)

Аналогичным образом получены МПВ, МШП, выражения для МО и дисперсии времени формирования (сохранения) КРС для случаев 2, 3 и 4 частот ОЧП в массиве ЗПЧ. Анализ показал, что в случае равенства качества частот МО и дисперсия времени формирования КРС не зависят от числа час-

тот ОЧП в массиве ЗГГЧ и определяются также формулами (4) и (5).

Процесс формирования (сохранения) КРС в режиме ЗГГЧ по второму варианту также представляет собой КМЦ с четырьмя состояниями (граф переходов КМЦ - на рисунке За).

Рисунок 3 - Сигнальный граф переходов КМЦ режима ЗПЧ (а) и А (б) для КРС на основе ППК «Бутон» - «Бант» Выражения для ВХ исследуемого процесса в режиме ЗПЧ по второму варианту будут равны

гЗП'/•Кутан" 1 формирования сети

(1-й) (6)

а ' '■"•"■ \ а

Последовательный анализ случаев одной, трех и более ОЧП в массиве ЗПЧ рассматриваемой КРС, функционирующей по варианту 2, позволил получить общие выражения для ВХ:

формирования сети

.1-*"

- т,

ТЗПЧ у

Ь- 2>'(1-?'+6)- (7)

1~9 V а

Математическая модель процесса функционирования РПРС ППК «Бутон» - «Бант» в режиме А также представляет собой КМЦ.

Граф переходов КМЦ режима А для ППК (массив А - 2 частоты, разные по качеству) для варианта 1 представлен на рисунке 36. На основе теории КМЦ получены выражения для ВХ:

—А" Бутон" формирования сети

2-Р2

Щ') 2 (<?:+!)

Р,+Р2- Р\Рг

2(92+1)

■рАСУ +

п4\

(8)

' + Гг

(ш-0-1] ^Ыг-1)2

(Т^су)2

________________(9)

>9,-!)[/(<№-0-1] '

В случае одинакового качества частот массива А ВХ определяются выражениями:

формирований сети

с«)

Детальный анализ процесса формирования (восстановления) КРС но второму варианту показал, что при любом числе частот ОЧП и их произвольном, неизменном во времени качестве данный процесс происходит за один цикл, аналогично режиму ЗПЧ для случая одной частоты варианта 2. При этом параметры а и Т* будут аналогичны рассмотренным выше. Тогда выражения для ВХ в режиме А для варианта 2 будут определяться (6).

ВВХ для всех перечисленных случаев режимов ЗПЧ и А будут находиться по соответствующему УКЧ.

В третьем разделе на основе сформированных математических моделей проведены расчеты ВХ и ВВХ режимов НПК, ЗПЧ и А, а также разработана методика обоснования состава режимов функционирования перспективных ПИК метрового диапазона волн в КРС.

Исходя из проведенного анализа помеховой обстановки в PI1PC, исследование оперативности функционирования (сохранения) КРС на основе встречной работы ППК «Бутон»-«Бант» в условиях сильных помех проводится для режимов ЗПЧ и А при помехах третьего типа с полосой частот AF} = 1 МГц .

Так как частоты массива ЗПЧ и А, используемые для формирования КРС, располагаются в одной полосе ППК, то из всего множества диапазонов рабочих частот ППК выделяется три диапазона разной ширины. При этом ширина первого диапазона частот равна Д/]=4.5 МГц (30..34,5 МГц, 1-я полоса рабочих частот), второго диапазона - 2,5 МГц (2, 3 и 4-е полосы рабочих частот), а третьего - 10 МГц (66. ..76 МГц, 5-я полоса рабочих частот). Исходя из изложенного, вероятность подавления любой частоты массивов ЗПЧ, А с учетом ширины полос рабочих частот составляет 0,22 для первой полосы и 0,4 для второй, третьей и четвертой, а для пятой - 0,1:

Максимальная вероятность ошибки, обеспечиваемая служебным ШПС каналом взаимодействия ППК в КРС в условиях помех, не превосходит 10"2. Тогда вероятность правильного приема кодограммы в 120 разрядов равна

Р^шш =0-А)1" =0-0,Ol)'20 -0,2994. (12)

Учитывая, что в ШПС канале происходит ее 20-кратная передача, вероятность ее правильного приема одним подчиненным ППК при этом равна

l-O-^f =0,9992. (13)

Исследуемая КРС представляет собой сеть с тремя нижними ППК. Тогда вероятность доведения служебной кодограммы «сверху - вниз» к трем ППК равна

^=(^)3=°'997 = «- (14)

Вероятность q поражения исследуемой КРС на текущей частоте ОЧП связана с величинами qMpl, qMp23, и qMpS следующим соотношением

<7 = 1-(1-<U)3. (15)

Тогда для qmfl, qmp] }4 и qmopS вероятность q поражения исследуемой КРС на текущей частоте ОЧП соответственно равна

qw =0,5254, 9<2Л4> = 0,784 qi!) = 0,271. (16)

у

Проведен расчет ВВХ и ВХ для случая, когда вероятность q поражения исследуемой КРС на текущей частоте ОЧП изменяется в диапазоне от 0,1 до 0,9, который включает значения q из реальной помеховой обстановки, а также для случая, когда в массиве ЗПЧ (А) имеются две разные по качеству частоты ОЧП. Расчет проводился с использованием интегрированной среды разработки Delphi.

Расчеты показали, что ВВХ для режима ЗПЧ по варианту 1 не зависят от числа частот при их равном качестве, а определяются лишь значениями параметров а и q. В случае разного качества частот ОЧП из массива ЗПЧ графики для ВВХ располагаются между графиками для случая одинаковых частот, но с качеством наилучшей и наихудшей частоты ОЧП из массива ЗПЧ. Результаты расчета ВВХ для режима ЗПЧ представлены на рисунке 4а.

В случае режима А вероятность смены в КРС одной частоты ОЧП на другую (параметр а) и вероятность поражения исследуемой КРС на текущей частоте ОЧП (параметр q) при одинаковом качестве N частот ОЧП массива А с учетом принятых исходных данных определяется выражением:

а = ашч'= 0,997J=0,99; q = q3n4" (17)

Исследование ВВХ формирования КРС в режиме А проводилось для случая N= 4, при этом принималось, что <? = (0,0762; 0,3778; 0,0054}. причем его компоненты определяют первый, второй и третий варианты помеховой обстановки соответственно. Результаты расчета ВВХ для рассматриваемого варианта 1 режима А представлены на рисунке 46.

]-

а) б)

Рисунок 4 - ВВХ формирования (сохранения) КРС в режиме ЗПЧ и А

Из графиков для ВВХ следует, что вероятность формирования (сохранения) КРС зависит от числа шагов процесса. Данные шаги для обоих исследуемых режимов являются парными, при этом первый шаг в паре соответствует операциям перестройки КРС с одной ОЧП на другую, а второй шаг в паре соответствует «пробе» новой частоты ОЧП ОД в ходе информационного обмена ЗУ АСУ ОН между собой. Длина второго шага в паре для режима ЗПЧ и А одинакова и составляет 4,8 секунды. Для режима ЗПЧ длина первого шага в паре равна 2 секунды, а для режима А - 10 секунд. Согласно требованиям ТЗ на ГОЖ типа «Бутон» при его встречной работе с ППК «Бант» формирование (сохранение) КРС на его основе в условиях сильных помех должно происходить за время не более 30 секунд с вероятностью не менее 0,6-0,7.

Анализ ВВХ для режима ЗПЧ и А показал, что режим ЗПЧ обеспечивает данные требования для наихудших условий обстановки за 8 шагов (26,2 секунды). Режим А удовлетворяет указанным требованиям за 2 шага процесса, что составляет 14,8 секунды. Среднее время и СКО времени формирования (сохранения) КРС в режиме ЗПЧ при одинаковой помеховой обстановке меньше, чем в режиме А.

Результаты расчета ВХ для случая равных по качеству частот представлены на рисунке 5. Показано, что рабочим диапазоном вероятности поражения КРС являются значения 0,271 - 0,784. В данном диапазоне среднее время формирования (сохранения) КРС лежит в пределах от 10 до 30 с. Из графика следует, что СКО во всем рабочем диапазоне изменяемого параметра меньше среднего значения. Это свидетельствует о достаточной детерминированности исследуемого процесса.

Рисунок 5 - ВХ формирования (сохранения) КРС в режиме ЗПЧ (а) и А (б) по варианту 1 для случая произвольного числа одинаковых по качеству частот Результаты расчета ВХ для случая разных по качеству двух частот представлены на рисунке 6. Вероятность поражения второй ОЧП принята равной 0,5254. Из графиков рисунка 6а следует, что до равенства вероятностей поражения по среднему времени лучше вариант массива частот ЗПЧ (А) с их одинаковым качеством. При превышении указанной вероятности лучшим по среднему времени является вариант разных по качеству частот. Из

графиков рисунка 66 следует, что при увеличении значения параметра а (качества служебного ШПС канала) МО и СКО времени формирования КРС в режиме ЗПЧ (А) уменьшаются почти линейно.

Рисунок 6 - ВХ формирования (сохранения) КРС в режиме ЗПЧ но

варианту 1 для случая двух разных по качеству частот Исследование ВВХ и ВХ для режима ЗПЧ по варианту 2 для случаев одной, двух и более частот показал, что указанные характеристики имеют достаточно близкие к варианту 1 зависимости. Отличие заключается в том, что в варианте 2 количество шагов процесса на графике ВВХ конечно и определяется числом частот ОЧП в массиве ЗПЧ (А).

Расчеты, проведенные на основе сформированного программно-математического аппарата для конкретных условий помеховой обстановки, показали, что в перспективном ППК целесообразно использовать режим ЗПЧ. Это обусловлено тем, что квантиль времени, соответствующий формированию (сохранению) КРС в режиме ЗПЧ с требуемой вероятностью Рщ,, согласно предложенному обобщенному критерию превосходства (Кпр) меньше допустимого согласно ТЗ времени. Кроме того, режим ЗПЧ обладает гораздо меньшей АПИ по отношению к режиму А.

Таким образом, по оперативности формирования (сохранения) КРС как режим ЗПЧ, так и режим А являются равноценными и пригодными. Однако АПР режима А гораздо сложнее режима ЗПЧ, что объясняет далеко неполную отработку режима А на практике. Исходя из изложенного, в перспективном ППК типа «Бутон» для встречной его работы с ППК типа «Бант» целесообразно реализовать только режим НПК и режим ЗПЧ.

При достижении промышленностью нового уровня технологии реализации режима А целесообразно для повышения оперативности формирования (сохранения) КРС в РПРС нового поколения внедрять комбинированный режим А-ЗПЧ. Особенностью данного режима должно являться выявление лучших частот ОЧП из общего массива по техническим решениям режима А варианта 2 (однократная оценка качества частот ОЧП из всего массива), их ранжирование по качеству и реализация режима ЗПЧ по варианту 2 на упорядоченном по качеству массиве частот ОЧП.

6)

На основании разработанного программно-математического аппарата расчета оперативности формирования (сохранения) КРС при встречной работе Ш1К' «Бутон»- «Бант» в рамках КРС для режимов ЗПЧ, А сформирована методика обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн в РПРС. Данная методика в обобщенном виде представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Методика обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн в РПРС

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного диссертационного исследования решена актуальная, имеющая важное народнохозяйственное значение задача разработки программно-математического аппарата нахождения оперативности формирования сетей ППК метрового диапазона волн «Бутон» при их встречной работе с ППК типа «Бант» для штатных режимов работы ППК в условиях помеховой обстановки.

В области теоретических исследований получены следующие основные результаты:

• математические модели штатных режимов функционирования ПИК метрового диапазона волн в РПРС;

• методика обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн в РПРС.

Внедрение полученных результатов в технический облик перспективного III1K «Бутон» позволит:

• за счет обоснованного снижения АПИ ПГЖ «Бутон» обеспечить повышение ею технической и функциональной надежности при формировании РПРС с ППК типа «Бант» в штатных режимах функционирования в условиях помеховой обстановки;

• за счет обоснованного снижения АПИ ППК «Бутон» сократить время и расходы на его разработку, серийное производство и техническое обслуживание.

Дальнейшие исследования целесообразно продолжить в следующих направлениях:

• повышение оперативности формирования (сохранения) КРС путем реализации в перспективных П11К нового поколения комбинированного режима Л-ЗПЧ и оценки его системных характеристик;

• модификация протоколов информационного обмена в служебном канале, обеспечивающих повышение его оперативности;

• использование в сигнально-кодовых конструкциях рабочих каналов сигналов с расширением спектра;

• внедрение цифровых методов формирования и обработки сигналов в передающих и приемных трактах ППК;

• перевод формируемых КРС с аналоговых принципов на цифровые и конвергенции информационной сети в сеть интегрального обслуживания абонентов.

Список основных трудов, опубликованных по теме диссертации

1. Парамонов Г.Б., Климов В.В. Обоснование структуры сигналов и способов кодирования в радиосистемах передачи данных с учетом воздействий импульсных помех/Журнал «Информационные технологии в проектировании и производстве», 2008. -№1. -С.95-97.

2. Парамонов Г.Б., Климов В.В. Выбор сигнально-кодовых конструкций для радиосистемы передачи данных в условиях воздействия импульсных помех/Труды I Международной III ПС. - Серпухов, 2007. - С.374-377.

3. Парамонов Г.Б., Новиков A.B., Барышев А.Н. Методика обоснования основных характеристик подсистемы кадровой синхронизации системы радиосвязи с временным разделением каналов/Труды II Международной НПК. - Серпухов, 2008. - С.574-577.

4. Парамонов Г.Б., Чеботарев Д.М., Саликов А.Г. Математическая модель процесса определения множителя ослабления на назначенных частотах

метрового диапазона на основе блочного представления местности/Груды 63-й Научной сессии, посвященной Дню радио. - М.: РНТОРЭС, 2008. - С.31 -33.

5. Парамонов Г.Б., Потапов С.Е., Девятияров В.Б. Методика оптимального проектирования коммутационного оборудования базовых станций транкинговых сетей связи с известным абонентским трафиком/Труды 63-й Научной сессии, посвященной Дню радио. - М.: РНТОРЭС, 2008. - С.243-245.

6. Парамонов Г.Б., Орехов С.Е., Шабанов А.К. Основы синтеза пакетной сети радиосвязи метрового диапазона с многомерными маршрутами передачи сообщений /Труды 64-й Научной сессии, посвященной Дню радио. - М.: РНТОРЭС, 2009. - С.117-120.

7. Парамонов Г.Б. Оценивание основных характеристик функционирования направления связи с незакрепленными каналами с учетом его реальной надежности и живучести/ Груды VII Российской НТК. - Калуга: КНИИ ТМУ, 2008. - С. 79-81.

8. Парамонов Г.Б. Вербальная модель функционирования направления связи с незакрепленными каналами с учетом его реальной надежности/Труды XVII Межрегиональной НТК. - Ч.З. - Серпухов, 2008, -С.142-144.

9. Цимбал В.А., Парамонов Г.Б. Архитектура транкинговой системы радиосвязи корпоративной обучающей сети/Журнал «Известия института инженерной физики», 2007. - №4. - С.47-48.

Ю.Парамонов Г.Б., Вилков C.B., Новиков A.B. Оперативность адаптации комбинированной радиосети к помеховой обстановке в основных режимах функционирования/Журнал «Известия института инженерной физики», 2008. - №2. - С.59-62.

П.Парамонов Г.Б. Методика нахождения характеристик адаптации сети радиосвязи к помеховой обстановке/ Труды VIII Международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации - ПТСПИ'2009». - Владимир-Суздаль, 2009. (в печати).

12.Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н. Об использовании треугольных матриц в комплексах автоматизации и управления радиоэлектронными объектами. - ЦИВТИ, 1987. - №4. - Серия Б (Справка о депонировании рукописи №1631).

13.Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н. Диагностирование отказов в радиоэлектронных системах/Журнал «Техника и вооружение», 1988. - №5. -С.11.

14.АС №1414149 на изобретение «Устройство для функционального технического диагностирования радиоэлектронного объекта», заявка №4019838 от 13.03.1987 г. МКИ G05B 23/02. Авторы: Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н.

15.AC №4150602 на изобретение «Устройство для диагностирования радиоэлектронного объекта», заявка №4150602 от 25.05.1987 г. МКИ G05D 23/02. Авторы: Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н.

16. АС №4264762 на изобретение «Устройство для контроля состояния радиоэлектронных комплексов», заявка №4264762/24 от 16.12.1987 г. МКИ G05B 23/02. Авторы: Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н., Труби-цин A.M.

17.АС №4336484 на изобретение «Устройство для контроля и диагностирования радиоэлектронного объекта», заявка №4336484 от 08.06.1988 г. МКИ G05B 23/02. Авторы: Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н.

18. АС №1691819 на изобретение «Устройство для диагностирования радиоэлектронных объектов», заявка №4732748 от 18.05.1989 г. МКИ G05B 23/02. Авторы: Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н., Горшенин С.Л.

19.0тчет о НИР «Сектор-2» Научный руководитель Цимбал В.А.- Серпухов: СВИРВ, 2007,- 117 с.

20.0тчет о НИР «Сектор-2» Научный руководитель Цимбал В.А - Серпухов: СВИ РВ, 2008. - 144 с.

21.Отчет о НИР «Сектор-2». Научный руководитель Цимбал В.А,- Серпухов: СВИ РВ, 2006.- 102 с.

22.Отчет о НИР «Сектор-3» Научный руководитель Цимбал В.А - Серпухов: СВИ РВ, 2008.-75 с.

23.0тчет об ОКР «Отлучка» Научный руководитель Цимбал В.А.- Москва: ЗАО «НИВЦ АС», 2008. - 171 с.

24.14 отчетов о НИР с 1989 по 2007 гг.

Отпечатано: ИП Д. А. Кулаков, г. Серпухов, Борисовское шоссе, 18 тел.: (4967) 39-11-20, 8 (915) 200-86-98 Подписано в печать: 17.07.2009г. Тираж 60 экз.

Введение.

1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ВСТРЕЧНОЙ РАБОТЫ ППК МЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН «БУТОН» С ППК СТАРОГО ПАРКА «БАНТ».

1.1. Обобщенный анализ архитектуры Единой сети электросвязи

Российской Федерации.

1. 2. Анализ структуры информационной сети АСУ общего назначения 22 и помеховой обстановки в пакетной радиосети.

1.3. Анализ основных режимов функционирования ППК метрового диапазона волн «Бант».

1.4. Постановка задачи исследования по обоснованию режимов функционирования ППК «Бутон» и направления ее решения.

Выводы по первому разделу.

2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ШТАТНЫХ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ППК МЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН В

ПАКЕТНЫХ РАДИОСЕТЯХ АСУ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ.

2. 1. Математическая модель процесса функционирования пакетной радиосети ППК «Бутон» - «Бант» в режиме НПК.

2.2. Математическая модель процесса функционирования пакетной радиосети ППК «Бутон» - «Бант» в режиме ЗПЧ.

2.3. Математическая модель процесса функционирования пакетной радиосети ППК «Бутон» - «Бант» в режиме А.

Выводы по второму разделу.

3. ОБОСНОВАНИЕ СОСТАВА РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ППК МЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН В ПАКЕТНЫХ РАДИОСЕТЯХ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННОГО ПРОГРАММНО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО АППАРАТА.

3.1. Исследование временных и вероятностно-временных характеристик штатных режимов функционирования ППК метрового диапазона в распределенных пакетных радиосетях АСУ общего назначения.

3.2. Методика обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн в распределенной пакетной радиосети.

Выводы по третьему разделу.

Современный этап научно-технического прогресса характеризуется возрастанием объема информации, поступающей к руководителю производства и необходимой для принятия обоснованного управленческого решения. Повышение эффективности управления в настоящее время невозможно без использования автоматизированных систем управления (АСУ), основанных на применении информационных технологий, и прогрессивных математических моделей управления. Для АСУ производственными объединениями характерны распределенные на значительной территории и удаленные от центра управления на сотни километров объекты управления, связь с которыми может осуществляться с использованием пакетной радиосети, выполняющей функцию средств телекоммуникации в системе в целом [34].

АСУ территориально распределенными объектами имеют ряд общих особенностей, которые позволяют выделить для исследования новый объект - АСУ общего назначения (АСУ ОН), и на его базе провести обоснованный анализ и синтез ее информационной сети. Отметим, что в АСУ ОН имеются звенья управления (ЗУ), состоящие друг с другом в иерархической зависимости и связанные информационной сетью. При этом, как правило, имеются: верхнее звено управления (ВЗУ), средние ЗУ (СЗУ), нижние ЗУ (НЗУ) и исполнительные ЗУ (ИЗУ). Как правило, в АСУ ОН все ЗУ являются подвижными объектами (ПО) [38, 45, 46, 66].

Решение задачи обеспечения требуемых вероятностно-временных характеристик (ВВХ) доведения сообщений в распределенных информационных радиосетях, а также повышение эффективности использования их каналов радиосвязи может быть обеспечено на основе применения распределенных пакетных радиосетей (РПРС). Последние способны сформировать информационную сеть, во-первых, с большим количеством рокадных связей, что существенно повышает ее связность, и, во-вторых, реализует принцип коммутации пакетов, что значительно повышает эффективность использования каналов связи пакетными радиоустановками (ПРУ) [47, 50, 86].

Реализация РПРС предусматривается в основном на базе перспективных приемо-передающих комплексов (ППК) метрового диапазона, разрабатываемых в настоящее время промышленностью (шифр «Бутон», ОАО' «Концерн «Созвездие», г. Воронеж) и обеспечивающих передачу разделяемого во времени цифрового потока информации со скоростью 16-32 кбит/с. Такой ППК способен формировать информационную сеть АСУ территориально распределенных ПО, сеть оперативного речевого управления (ОРУ), сеть межкомпьютерного обмена (МКО), а также решать задачи резервирования проводных каналов связи. Оснащение всех ЗУ АСУ ОН ПО будет происходить поэтапно, при этом первые образцы такого ППК согласно техническому заданию (ТЗ) на ОКР должны обеспечивать встречную работу с ППК старого парка «Бант» [48, 49, 76].

Необходимость устойчивой работы ППК старого парка («Бант») в условиях сложной помеховой обстановки обусловило в нем наличие четырех режимов функционирования [30, 37]:

• режим непосредственного предоставления! каналов (НПК); режим заранее подготовленных частот (ЗПЧ); режим адаптации (А);

• режим старого парка (СП).

Режим НПК позволяет создать радиоканал при поступлении запроса от устройства управления (УУ) комплексом или от оконечной аппаратуры (OA). В этом режиме происходит тестирование аппаратных средств, необходимых для создания радиоканала, их коммутация и настройка.

Режимы ЗПЧ и А являются автоматическими. При работе в этих режимах ППК обмениваются служебными кодограммами (КД). По командам, полученным в КД, ППК переходят на одну из ЗПЧ. Смена частот происходит централизованно и синхронно. ЗПЧ хранятся в исходных данных (ИД), записанных в перепрограммируемых постоянных запоминающих устройствах. Обмен кодограммами осуществляется по командному каналу связи (КС) с передачей широкополосных сигналов (ШПС). База ШПС велика (-1023), передача каждой ШПС КД повторяется двадцать раз.

В режиме ЗПЧ смена рабочих частот происходит детерминировано. При поступлении сигнала «браковка» на одной из ЗПЧ системы радиосвязи (СРС) переходит на следующую по номеру частоту. При браковке на последней по номеру частоте СРС переводится на ЗПЧ, которой соответствует первый номер в ИД, либо ПГЖ переводятся в режим А.

Режим А отличается тем, что при поступлении сигнала «браковка» центральный ПГЖ сети запрашивает у подчинённых ему комплексов состояние помеховой обстановки на всех ЗПЧ. Проведя анализ полученных от них данных, центральный ПГЖ принимает решение о назначении своей частоты передачи для всех подчинённых ПГЖ сети. Найденная частота передачи (общая частота приёма) доводится до всех комплексов СРС по командному КС.

Техническим заданием на ОКР «Бутон» в интересах встречной работы ПГЖ «Бутон» с ПГЖ старого парка предусмотрено обоснование целесообразности реализации в разрабатываемом изделии апробированных режимов НПК, ЗПЧ и А. Такое обоснование возможно осуществить на основе методологического аппарата адаптивного управления системой радиосвязи (СРС).

Адаптивному управлению СРС посвящены монографии и труды научных школ Варакина Л.Е., Финка Л.М., Кловского Д.Д., Борисова В.И., Бу-ги Н.Н., Директорова М.Ф., Воронина А.А., Ростовцева Ю.Г., Советова Б.Я., Злобина В.И., Цимбала В.А. и многих других [8, 9, 12, 31-33, 40, 42, 64, 65, 73]. Эти работы показали высокую эффективность методов адаптивного управления в системах радиосвязи различного назначения. Однако многообразие указанных методов требует проведения исследований применительно к конкретным системам передачи информации метрового диапазона волн.

В ТЗ на ОКР «Бутон» указано, что ПГЖ «Бутон» должен обеспечить встречную работу с ПГЖ старого парка во всех режимах функционирования. Однако практика эксплуатации ПГЖ «Бант» показала, что режимы функционирования НПК и ЗПЧ реализуются достаточно просто и эффективны (оперативны), реализация режима А очень сложна, и его внедрение в ПГЖ «Бутон» является проблематичным [54].

В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: с одной стороны, реализация режимов ЗПЧ и А в ППК «Бутон» в условиях помех приводит к повышению оперативности формирования сети радиосвязи. С другой стороны, реализация режимов ЗПЧ и А в ППК «Бутон» в условиях помех приводит к увеличению его аппаратно-программной избыточности. Разрешение данного противоречия заключается в обосновании минимально достаточного состава режимов функционирования ППК «Бутон» в помехо-вой обстановке при встречной работе с ППК «Бант» по критерию оперативности формирования (сохранения) сети.

Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертации «Обоснование состава режимов функционирования перспективных приемопередающих комплексов метрового диапазона волн для пакетных радиосетей».

Объектом исследования являются распределенные пакетные радиосети в процессе «встречной работы» ППК метрового диапазона волн нового и старого парков в условиях помеховой обстановки.

Предметом исследования являются математические модели процессов функционирования ППК метрового диапазона волн в штатных режимах работы.

Целью диссертационных исследований является обоснование состава режимов функционирования ППК метрового диапазона волн «Бутон» переходного периода при их встречной работе с ППК типа «Бант».

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решена научная задача разработки программно-математического аппарата нахождения оперативности формирования сетей ППК метрового диапазона волн «Бутон» при их встречной работе с ППК типа «Бант» для штатных режимов работы ППК в условиях помеховой обстановки.

Основными направлениями исследования являются:

• анализ особенностей встречной работы ППК метрового диапазона волн «Бутон» с ППК старого парка «Бант»;

• разработка математической модели процесса функционирования радиосети на базе перспективных ППК «Бутон» - в режиме НПК;

• разработка математической модели процесса функционирования радиосети на базе перспективных ППК «Бутон» — в режиме ЗПЧ;

• разработка математической модели процесса функционирования, радиосети на базе перспективных ППК «Бутон» — в режиме А;

• исследование временных характеристик (ВХ) и ВВХ штатных режимов функционирования ППК метрового диапазона волн в.РПРС;

• разработка методики обоснования состава режимов, функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн в РПРС;

• разработка рекомендаций по выбору конкретных параметров-обоснованных режимов функционирования! перспективных ППК.

Основные результаты, представляемые к защите:

1. Математические модели штатных режимов функционирования ППК метрового диапазона волн в распределенной пакетной радиосети.

2. Методика обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн в распределенной пакетной-радиосети.

Научная новизна полученных результатов:

1. Разработанные математические модели штатных режимов функционирования ППК метрового диапазона волн в распределенной пакетной радиосети, в отличие от известных, учитывают временные и вероятностно-временные характеристики как процесса* адаптации, так и процесса автоматической диагностики радиосредств.

2. Методика обоснования состава режимов функционирования, перспективных ППК метрового диапазона^ волн в распределенной^ пакетной радиосети впервые базируется на ВХ и ВВХ процесса формирования (сохранения) конфигурации радиосети.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории конечных марковских цепей и моделирования систем, высокой согласованностью полученных результатов с физикой исследуемого процесса.

Практическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в том, что они доведены до уровня инженерных моделей, методики и позволяют на стадии формирования технического облика 1JULIK «Бутон» переходного этапа закладывать в него обоснованный состав режимов функционирования при встречной работе с ППК старого парка типа «Бант». Кроме того, режим НПК базируется на технических решениях, защищенных авторскими свидетельствами на изобретение.

Результаты исследований представляют практический интерес для научно-исследовательских учреждений и проектных организаций с целью усовершенствования существующих и создания перспективных адаптивных ППК. Кроме того, результаты работы могут быть использованы в вузах при изучении учебных дисциплин, соответствующих тематике данной диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников и приложения.

Выводы по третьему разделу

1. На основе разработанных обобщенного критерия превосходства и математических моделей были сформированы программы расчета характеристик формирования (сохранения) КРС, созданной на основе встречной работы ППК «Бутон»-«Бант», которые составили основу программно-математического аппарата обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона в комбинированных радиосетях АСУ ОН.

2. Расчеты, проведенные на основе сформированного программно-математического аппарата для конкретных условий помеховой обстановки, по- -казали, что в перспективном ППК целесообразно использовать режим ЗПЧ. Это обусловлено тем, что квантиль времени, соответствующий формированию (сохранению) КРС в режиме ЗПЧ с требуемой вероятностью Ртр, согласно предложенному обобщенному критерию превосходства меньше допустимого согласно ТЗ времени и, кроме того, обладает гораздо меньшей аппаратно-программной избыточностью по отношению к режиму А.

3. При достижении промышленностью нового уровня технологии реализации режима А целесообразно для повышения оперативности формирования (сохранения) КРС в перспективных ППК нового поколения внедрять комбинированный режим А-ЗПЧ. Особенностью данного режима должно являться выявление лучших частот ОЧП из общего массива по техническим решениям режима А варианта 2 (однократная оценка качества частот ОЧП из всего массива), их ранжирование по качеству и реализация режима ЗПЧ по варианту 2 на упорядоченном по качеству массиве частот ОЧП.

114

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Необходимость создания устойчивой информационной сети для основных абонентов (ЗУ АСУ, ТЛФ речь, межкомпьютерный обмен) АСУ ОН требует разработки новых ППК метрового диапазона волн типа «Бутон», эффективно функционирующих в условиях помеховой обстановки. Оснащение звеньев управления АСУ ОН ППК указанного типа будет происходить поэтапно, при этом первые образцы такого ППК согласно техническому заданию на ОКР должны обеспечивать встречную работу с ППК старого парка. Техническим заданием на ОКР «Бутон» предусмотрено в первых образцах такого ППК в интересах встречной работы с ППК старого парка обосновать для ППК «Бутон» целесообразность реализации в нем апробированных в ППК «Бант» режимов НПК, ЗПЧ и А, обеспечивающих отстройку от помех создаваемых ППК КРС. Последние являются основой информационной сети основных абонентов АСУ ОН.

Практика эксплуатации ППК «Бант» показала, что режимы функционирования НПК и ЗПЧ реализуются достаточно просто и эффективны (оперативны), реализация режима А очень сложна, и его внедрение в ППК «Бутон» является проблематичным.

Диссертация посвящена обоснованию рационального состава режимов функционирования перспективного ППК «Бутон» при его встречной работе с ППК старого парка «Бант».

В ходе выполнения исследования получены следующие основные научные результаты, представляемые к защите:

1. Математические модели штатных режимов функционирования ППК метрового диапазона волн в распределенной пакетной радиосети.

2. Методика обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона волн в распределенной пакетной радиосети.

В результате исследования, проведенного в работе, выявлено, показано, доказано и разработано следующее:

• анализ существующей информационной сети основных абонентов АСУ ОН, построенной на основе ППК метрового диапазона волн, показал, что она формируется на базе КРС и вследствие этого обладает существенным достоинством - высокой оперативностью информационного обмена абонентов. Необходимость устойчивого функционирования КРС в условиях помеховой обстановки обусловил наличие в ППК старого парка «Бант» следующих режимов работы: режим синхронного перехода на заранее подготовленные частоты (режим ЗПЧ) и режим адаптации (режим А). Известно, что режим ЗПЧ достаточно прост в аппаратно-программной реализации и базируется на ненаправленном поиске оптимальной ОЧП из массива ЗПЧ. Режим А основан на направленном поиске оптимальной ОЧП, из массива А, однако его аппаратно-программная, реализация сложна. Данный факт обуславливает наличие противоречия в диссертационном исследовании;

• спецификой функционирования перспективной РПРС типовой. АСУ По является то, что ее каналы могут быть подвержены влиянию непреднамеренных помех, создаваемых радиосредствами других министерств и ведомств вследствие* недостаточной координации работы их частотно-диспетчерских служб. В частности, в районах дислокации подвижных объектов могут работать на частотах рассматриваемой радиосети радиостанции такси, скорой медицинской помощи, МЧС, пожарной службы, милиции и др., что будет приводить к перерывам связи. Кроме того, возможно воздействие различных индустриальных помех.

При этом сторонние источники радиоизлучения способны формировать шумовые и узкополосные помехи с полосой частот AFi=50 МГц, AF2 = 5 МГц и AF3 = 1 МГц. Наиболее вероятной является узкополосная помеха с AF3 = 1 МГц, которой обеспечивается эффективное поражение частот из массивов ЗПЧ, А;

• разрешение сформулированного противоречия заключается в обосновании минимально достаточного состава режимов функционирования ППК «Бутон» в помеховой обстановке при встречной работе с ППК «Бант» по критерию оперативности формирования (сохранения) сети. При этом режим НПК должен присутствовать безусловно ввиду необходимости диагностики сформированных передающего и приемного трактов ППК;

• сформирован обобщенный критерий превосходства обоснования режимов (либо ЗПЧ, либо А), базирующийся на оперативности формирования (сохранения) КРС в условиях помеховой обстановки. Его применение требует знания ВВХ и ВХ исследуемых процессов;

• для решения поставленной научной задачи разработки программно-математического аппарата нахождения оперативности формирования сетей ППК метрового диапазона волн «Бутон» при их встречной работе с ППК типа «Бант» для штатных режимов работы ППК в условиях помеховой обстановки необходимо решить следующие подзадачи:

- анализ особенностей встречной работы ППК метрового диапазона волн «Бутон» с ППК старого парка «Бант»;

- разработка математической модели процесса функционирования радиосети на базе перспективных ППК «Бутон» - в режиме НПК;

- разработка математической модели процесса функционирования радиосети на базе перспективных ППК «Бутон» - в режиме ЗПЧ;

- разработка математической модели процесса функционирования радиосети на базе перспективных ППК «Бутон» - в режиме А;

- исследование временных характеристик (ВХ) и ВВХ штатных режимов функционирования ППК метрового диапазона волн в РПРС;

- разработка методики обоснования состава режимов функционирования перспективных ПИК метрового диапазона волн в РПРС;

- разработка рекомендаций по выбору конкретных параметров обоснованных режимов функционирования перспективных ППК;

• процесс формирования (сохранения) КРС, как физический процесс, является случайным с дискретными состояниями и дискретным временем, причем вероятность перехода из одного состояния в другое зависит только от того, в каком состоянии находится процесс, и не зависит от того, как он пришел в это состояние, т.е. для его исследования, а соответственно и нахождения искомых ВВХ и ВХ может быть использован математический аппарат конечных марковских цепей. Отличительной особенностью применения КМЦ при описании режимов функционирования КРС является наличие разных шагов перехода;

• из физики процесса формирования КРС в режиме НПК ясно, что в основе этого процесса лежат операции контроля основных устройств ППК, формирования его передающего и приемного трактов с использованием рабочих радиоданных и их реконфигурации при выявленных неисправностях. Процесс заканчивается выдачей в оконечную аппаратуру и на АРМ оператора сигнала «Готовность каналов». При браковке же организованных каналов КРС переходит либо в режим ЗПЧ, либо в режим А. Следовательно, получаемую для режима НПК с использованием моделирования оценку оперативности (ВВХ и ВХ) можно трактовать и как оценку надежности аппаратуры ППК, или как динамическую оценку готовности ППК к применению по назначению;

• моделирование процесса функционирования КРС в режиме ЗПЧ на основе теории конечных марковских цепей позволило получить аналитические выражения для ВВХ и ВХ процесса формирования (сохранения) КРС для случаев одинакового и разного качества частот в массивах ЗПЧ вплоть до произвольного их числа в массиве. Выявлена инвариантность ВХ к числу частот в массиве ЗПЧ при их одинаковом качестве. Полученные выражения позволяют находить оперативность формирования (сохранения) КРС при встречной работе ППК «Бутон»-«Бант» в различных условиях помеховой обстановки;

• моделирование процесса функционирования КРС в режиме А на основе теории конечных марковских цепей позволило получить аналитические выражения для ВВХ и ВХ процесса формирования (сохранения) КРС для случаев одинакового и разного качества частот в массивах А вплоть до произвольного их числа в массиве. Выявлено, что вариант функционирования КРС на двух частотах, разных по качеству, в режиме-А является общим для случая произвольного числа частот как одинакового, так и разного качества. При этом аналитические выражения для ВВХ и ВХ совпадают с выражениями для режима ЗПЧ, приведенными для. случая двух частот. Получен ные выражения позволяют находить оперативность формирования (сохранения) КРС при встречной работе ППК «Бутон»-«Бант» в различных условиях помеховой обстановки;

• на основе разработанных обобщенного критерия превосходства и математических моделей были сформированы программы расчета характеристик формирования (сохранения) КРС, созданной на основе встречной работы ППК «Бутон»-«Бант», которые составили основу программно-математического аппарата обоснования состава режимов функционирования перспективных ППК метрового диапазона в комбинированных радиосетях АСУ ОН;

• расчеты, проведенные на основе сформированного программно-математического аппарата для конкретных условий помеховой обстановки, показали, что в перспективном ППК целесообразно использовать режим ЗПЧ. Это обусловлено тем, что квантиль времени, соответствующий формированию (сохранению) КРС в режиме ЗПЧ с требуемой вероятностью Ртр, согласно предложенному обобщенному критерию превосходства меньше допустимого согласно ТЗ времени и, кроме того, обладает гораздо меньшей аппаратно-программной избыточностью по отношению к режиму А;

• при достижении промышленностью нового уровня технологии peaлизации режима А целесообразно для повышения оперативности формирования (сохранения) КРС в перспективных ППК нового поколения внедрять комбинированный режим А-ЗПЧ. Особенностью данного режима должно являться выявление лучших частот ОЧП из общего массива по техническим решениям режима А варианта 2 (однократная оценка качества частот ОЧП из всего массива), их ранжирование по качеству и реализация режима ЗПЧ по варианту 2 на упорядоченном по качеству массиве частот ОЧП.

Представляемые к защите научные результаты доведены до несложных аналитических выражений и алгоритма расчета, что позволяет их использовать в существующих и перспективных системах связи общего назначения.

Результаты диссертационной работы внедрены в организациях МО РФ и промышленности при разработке новых систем и сетей связи в интересах оперативного управления подвижными объектами, а также в учебный процесс ввуза. Эти результаты были использованы, в частности, при выполнении следующих работ:

•при разработке ТТЗ на перспективный приемо-передающий комплекс метрового диапазона волн в рамках ОКР «Бутон» (в.ч. 08310);

•при обосновании ТТТ и разработке технического облика на ППК метрового диапазона волн «Бутон» (ЗАО «НИВЦ АС»);

•при изучении дисциплин «Информационные сети и телекоммуникации» и «Цифровые сети интегрального обслуживания» (СВИ РВ).

В дальнейшем полученные научные результаты и практические рекомендации могут быть использованы предприятиями промышленности следующим образом:

•при обосновании ТТТ и ТТЗ на НИР и ОКР по перспективным системам и сетям метрового диапазона волн;

•при проектировании и оценивании эффективности и качества функционирования разрабатываемых и перспективных систем и сетей связи различного назначения;

•в учебном процессе ввузов.

В рамках сформулированной в диссертационной работе научной задачи дальнейшие исследования целесообразно продолжить в следующих направлениях:

•направлении повышения оперативности формирования (сохранения) КРС путем реализации в перспективных ППК нового поколения комбинированного режима А-ЗПЧ и оценки его системных характеристик;

•направлении модификации протоколов информационного обмена в служебном канале, обеспечивающих повышение его оперативности;

•направлении использования в сигнально-кодовых конструкциях рабочих каналов сигналов с расширением спектра;

•направлении внедрения цифровых методов формирования и обработки сигналов в передающих и приемных трактах ППК;

•направлении перевода формируемых КРС с аналоговых принципов на цифровые и конвергенции информационной сети в сеть интегрального обслуживания абонентов.

1. АС №1414149 на изобретение «Устройство для функционального технического диагностирования радиоэлектронного объекта», заявка №4019838 от 13.03.1987 г. МКИ G05B 23/02. Авторы: Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н.

2. АС №1691819 на изобретение «Устройство для диагностирования радиоэлектронных объектов», заявка №4732748 от 18.05.1989 г. МКИ G05B 23/02. Авторы: Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н., Горшенин С.Л.

3. АС №4150602 на изобретение «Устройство для диагностирования радиоэлектронного объекта», заявка №4150602 от 25.05.1987 г. МКИ G05B 23/02. Авторы: Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н.

4. АС №4264762 на изобретение «Устройство для контроля состояния радиоэлектронных комплексов», заявка №4264762/24 от 16.12.1987 г. МКИ G05B 23/02. Авторы: Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н., Трубицин A.M.

5. АС №4336484 на изобретение «Устройство для контроля и диагностирования радиоэлектронного объекта», заявка №4336484 от 08.06.1988 г. МКИ G05B 23/02. Авторы: Парамонов Г.Б., Зюбан А.Н.

6. АСУ ОАО «Газпром». Сайт ОАО «Газпром». - 2007.

7. Баранов Е.В. Обоснование производительности аппаратно-программных средств комплекса управления связью узлов телекоммуникационных систем. Диссертация на соискание . канд. тех. наук. Серпухов: МОУ «ИИФ РФ», 2008.-111 с.

8. Борисов В.И. и др. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью.// Под ред. В.И. Борисова. М.: Радио и связь, 2003. - 640с.

9. Борисов В.И. и др. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты. М.: Радио и связь, 2000. - 384с.

10. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. М.: Наука, 1980. - 976с.

11. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978. - 400 с.

12. Варакин Л.Е. Системы связи с ШПС. М.: Радио и связь. 1998. - 320 с.

13. Васильев В.И. и др. Системы связи: Учебное пособие для втузов.-М.: Высш.школа, 1987. 280 с.

14. Вознюк М.А., Бабков В.Ю., Дмитриев В.И. Сети мобильной связи / СПб ГУТ,СПб, 1999.-330 с.

15. Вознюк М.А., Бабков В.Ю., Петраков В.А., Рыжков А.Е., Сивере М.А. Передача информации в системах подвижной связи / СПб ГУТ,СПб, 1999.152 с.

16. Войтов С.Э. Оптимизация периода коррекции маршрутов передачи сообщений в распределенной пакетной радиосети. Диссертация на соискание . канд. тех. наук. Серпухов: МОУ «ИИФ РФ», 2007. - 117 с.

17. Войтов С.Э., Цимбал В.А. Нахождение характеристик информационного обмена в пакетных радиосетях на основе параллельных конечных марковских цепей // Известия института инженерной физики/ Научно-технический журнал. Серпухов: ИИФ, 2007.-№1 (3) - С. 5-7.

18. ГОСТ 19.472-80. Сети телефонные. Термины и определения.

19. ГОСТ 19.472-88. Система автоматизированной телефонной связи общегосударственная. Термины и определения.

20. ГОСТ 23609-86. Сети связи. Первичные сети связи. Вторичные сети связи.

21. ГОСТ 24.701-86. ЕСС АСУ. Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения.

22. ГОСТ В-23605-86. Связь военная. Термины и определения. М.: Госкомитет по стандартам.

23. Губин Н.М., Матлин Г.М. Качество связи: Теория и практика. М.: Радио и связь, 1986. 272 с.

24. Демин В.П., Куприянов А.И., Сахаров А.А. Радиоэлектронная разведка и радиомаскировка. — М.: Изд-во МАИ, 1997. 15 с.

25. Добыкин В.Д., Куприянов А.И., Пономарев В.Г., Шустов JI.H. Радиоэлектронная борьба. Силовое поражение радиоэлектронных систем/ В.Д. Добыкин, А.И. Куприянов, В.Г. Пономарев, JI.H. Шустов; Под ред. А.И. Куприянова. — М.: Вузовская книга, 2007. — 468 с.

26. Доровских А.В., Сикарев А.А. Сети связи с подвижными объектами. К.: Техника, 1989, - 158 с.

27. Дудник Б.Я. Надежность и живучесть систем связи. — М.: Радио и связь, 1984.-168 с.

28. Захаров Г.П. Методы исследования сетей передачи данных. М.: Радио и связь, 1982.-208 е., ил.

29. Зеленевский В.В., Чуприна А.К. Адаптивная радиостанция метрового диапазона. Выпуск 9., М.: ИПК СВВКИУ., 1992 г., 154 е.;

30. Злобин В.И. Абдукционно-адаптивные комплексы управления качеством функционирования радиосистем (Основы теории и принципы построения). -МО СССР, 1988.-176 с.

31. Злобин В.И. и др. Принципы построения сложных адаптивных систем в связи и управлении. /В.И. Злобин, С.Г. Данилюк, В.М. Ванюшин. МО РФ, 1998.-285 с.

32. Интеллектуальные адаптивные системы и комплексы в связи и управлении: Монография / Злобин В.И., Иващенко М.В., Иванова Г.В. М.: МО РФ, 2005.-276 с.

33. Использование радиочастотного'спектра и развитие в России сетей подвижной связи 3-го поколения (Под редакцией Зубарева Ю.Б., Быховского М.А.).Серия изданий «Связь и бизнес», М. 2001. 128 с.

34. Казаков В.А. Введение в теорию марковских процессов и некоторые радиотехнические задачи М.: Сов.радио,"1973. - 232 с.

35. Кенеми Джон Дж., Снелл Дж. Ларк. Конечные цепи Маркова. /Пер. с англ. М.: Наука, 1970. - 272 с.37