автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Оптимизация периода коррекции маршрутов передачи сообщений в распределенной пакетной радиосети

На правах рукописи

ВОЙТОВ СЕРГЕЙ ЭДУАРДОВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРИОДА КОРРЕКЦИИ МАРШРУТОВ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ В РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ПАКЕТНОЙ

РАДИОСЕТИ

Специальность: 05.12.13 Системы, сети и устройства

телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2007

Работа выполнена в Институте инженерной физики РФ

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Цимбал Владимир Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шиманов Сергей Николаевич кандидат технических наук, доцент Полушин Петр Алексеевич

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт систем связи и управления» г. Москва

Защита состоится « /Л- 2007 года в/^' </ на засе-

дании диссертационного совета ДС 212.025.04 при Владимирском государственном университете по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д.87, ВлГУ.

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета

Автореферат разослан » // 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 212.025.04

доктор технических наук, профессор

/^^/^/¡У А.Г. Самойлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Современный этап научно-технического прогресса характеризуется возрастанием объема информации, поступающей к руководителю производства и необходимой для принятия обоснованною 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 АСУ производствами различают по сосредоточенности объектов управления и устройств управления, по виду управления По сосредоточенности различают локальные, рассредоточенные и распределенные на значительной территории АСУ По виду управления различают системы с программным управлением без обратной связи, с программным управлением и с обратной связью, с адаптивным управлением и с обратной связью 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

Построение распределенных информационных радиосетей различного назначения с требуемыми вероятностно-временными характеристиками (ВВХ) доставки сообщений, функционирующих в условиях дестабилизирующих факторов, является актуальной технической проблемой и ставит ряд задач как анализа, так и синтеза таких сетей

Решение задачи обеспечения требуемых 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)

Настоящий этап развития и совершенствования информационных сетей РПРС различного назначения характеризуется внедрением новых коммуникационных технологий, в том числе и на базе коммутации пакетов В такой радиосети будет реализован принцип виртуальных соединений (каналов, маршрутов передачи сообщений) и каждый такой виртуальный канал (маршрут передачи сообщений) сети будет представтять собой закрепленное направление связи для абонентов РПРС

Реализация перспективной РПРС предусматривается в основном на базе приемопередающего комплексов (ППК) метрового диапазона, обеспечивающих передачу цифровых потоков информации со скоростью 16-32 кбит/с

Спецификой функционирования информационных сетей на базе РПРС является то, что они длительное время могут находиться в режиме радиомолчания вследствие низкой информационной нагрузки, определяемой режимами работы абонентов Кроме того, каналы метрового диапазона могут бьггь подвержены воздействию помех других радиосредств (РС) вследствие недостаточной координированности работы частотно-диспетчерских служб различных министерств, агентств, ведомств и служб Такие воздействия могут приводить к тому, чго отдельные каналы РПРС могут поразиться на некоторое время, зависящее от длительности режима работы мешающих РС Таким образом, топология РПРС в случае воздействия помех динамически изменяется Однако выявление таких изменений произойдет только при очередном информационном обмене абонентов РПРС между собой

Решение всех вопросов по контролю и оценке ситуации на РПРС, выработке решений на управление сетью, а также доведению управляющих воздействий до соответствующих элементов сети осуществляет автоматизированная система управления связью (АСУС) Звеньями управления данной АСУС на каждом уровне иерархии РПРС являются комплексы автоматизации управления связью (КАУС) АСУС выявляет в сети отказы и восстановление тех или иных направлений связи и выдает через КАУС команды на проведении коррекции маршрутов передачи сообщений в условиях изменения топологии сети Такая коррекция маршрутов в рассматриваемой РПРС есть ни что иное как периодическое проюпочение виртуальных каналов Она осуществляется в рассматриваемой перспективной радиосети передачей «сверху - вниз» соответствующих проключающих виртуальные каналы пакет-запросов, при этом в ходе их передачи вся сеть недоступна для другой информации, в том числе и информации абонентов сети

В связи с изложенным, возникает следующее противоречие с одной стороны, интервал между проключеншгми (период) в рассматриваемой РПРС необходимо уменьшать, что обеспечит более достоверное обнаружение скрытого отказа каналов С другой стороны, период проключения необходимо увеличивать, что уменьшит общее время недоступности сети для передачи информации абонентов Разрешение этого противоречия заключается в оптимизации периода проключения виртуальных каналов в рассматриваемой РПРС

Вопросам построения сетей с коммутацией пакетов большое внимание уделено в школах таких ученых как Якубайтис Э А, Цыбаков Б С , Лазарев В Г , Бутрименко А И ,

Глушков В М, Мизин И А, Самойпенко С И, Олифер В Г, Присяжнюк С П , Цимбал В А, Шиманов С Н, Клейнрок Л, Дэвис Д, Барбер Д и другие Однако вопрос оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в РПРС в случае длительных простоев коммуникационного ресурса сети является открьпым

Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертации «Оптимизация периода коррекции маршрутов передачи сообщений в распределенной пакетной радиосети»

Целью диссертационных исследований является разработка научно-методического аппарата оптимизации периода коррекции маршрутов распределенной пакетной радиосети для повышения качества информационного обмена ее абонентов

Объектом исследования является распределенная пакетная радиосеть, функционирующая в режиме виртуальных соединений с переприемами пакетов и неоднородными каналами

Предметом исследований является научно-методический аппарат оптимизации периода коррекции маршрутов в распределенной пакетной радиосети на основе поглощающих конечных марковских цепей

Научной задачей является максимизация коэффициента готовности распределенной пакетной радиосети на основе оптимизации периода коррекции маршрутов передачи информации в условиях изменения ее топологии, неоднородных каналов и наличия переприемов пакетов

Для решения этой общей научной задачи в диссертации ставятся и решаются следующие подзадачи

1 Формализация и моделирование процесса проключения виртуальных каналов в РПРС с учетом неоднородности каналов связи и наличия переприемов пакетов

2 Оценка коэффициента готовности РПРС в условиях изменения ее топологии, неоднородности каналов связи и наличия переприемов пакетов

3 Оптимизация периода проключения виртуальных каналов в РПРС в условиях

изменения ее топологии, неоднородности каналов связи и наличия переприемов пакетов

В ходе решения этих задач были сформированы следующие результаты, представляемые к защите

1 Математическая модель процесса проключения виртуальных каналов в распределенной пакетной радиосети с учетом наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи

2 Математическая модель надежности распределенной пакетной радиосети в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи

3 Методика оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в распределенной пакетной радиосети в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в том,что

• впервые сформулирована и решена задача оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в РПРС в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи,

• разработаны правила синтеза графов параллельных конечных марковских цепей для иерархических сетей передачи данных, учитывающие как неоднородность каналов связи, так и наличие переприемов пакетов в направлениях связи,

• впервые предложен подход к оценке коэффициента готовности информационной сети РПРС, учитывающий наличие скрытого отказа отдельных каналов связи при наличии в сети переприемов пакетов и неоднородности каналов по вероятности ошибки

Достоверность и обоснованность разработанного научно-методического аппарата подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории конечных марковских цепей (КМЦ), теории оптимизации, моделирования систем, сходимостью результатов расчета с результатами стендового макетирования

Практическая значимость результатов диссертационных исследований обусловлена тем, что они доведены до уровня методики, алгоритмов и машинных продуктов и позволяют на стадии проектирования закладывать в протокочы административного уровня КАУС корректные параметры управления сетью при наличии в ней переприемов пакетов и неоднородности каналов связи по вероятности ошибки Кроме того, полученные результаты позволяют на стадии эксплуатации сети определять каждой ПРУ для режима проключения виртуальных каналов количество повторов проключающих пакет-запросов в зависимости от ее уровня иерархии в сети Использование предлагаемого подхода к периоду коррекции маршрутов позволяет повысить коэффициент готовности РПРС в условиях воздействия дестабилизирующих факторов до 0,998, в то время как в

существующей радиосети для таких же условий данная величина составляет 0,97 Кроме того, результаты работы могут быть использованы в ВВУЗах при изучении соответствующих учебных дисциплин, а также при разработке систем и радиосетей, функционирующих в режиме коммутации пакетов Результаты работы внедрены.

1 В ОАО «Воронежский опытный завод программной продукции» в виде математических моделей и методики при разработке сети передачи данных с коммутацией пакетов «Буханка-В», ? В Институте инженерной физики РФ (г Серпухов) при обосновании ТЗ на ОКР «Бухаяка-ВУ»,

3 В Серпуховском военном институте ракетных войск в учебном процессе по кафедре «Автоматизированные системы управления» Апробация работы и публикации Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на двух Сессиях Российского НТОРЭС им А С Попова, семи НТК различного уровня, опубликованы в 16 работах, из них 8 статей (одна статья в зкурнале из Перечня ВАК), тезисы 3 докладов на НТК, 2 отчета о НИР и один отчет по ОКР, один патент и одно положительное решение по заявке на полезную модель

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, трех разделов и приложений, изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка В список литературы внесено 89 источников

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформированы научные подзадачи, позволяющие оптимизировать период коррекции маршрутов передачи сообщений в РПРС в условиях изменения ее топологии, неоднородных каналов и наличия переприемов пакетов и пути их решения, изложены результаты, представляемые к зашите, приведены аннотация и структура работы

В первом разделе на основе системного анализа структуры и функциональных задач, решаемых РПРС, выявлена специфика работы сети в условиях дестабилизирующих факторов Показано, что данная сеть работает в режиме коммутации пакетов Существенным достоинством РПРС является наличие рокадных связей, а также переприемов пакетов в некоторых «напряженных» направлениях, что значительно повышает связность сети, а следовательно, и ее готовность в условиях изменяющейся обстановки

Спецификой функционирования РПРС в условиях дестабилизирующих факторов является изменение ее топологии Причем факт пропадания отдельных связей в данной

сети выявляется только в ходе информационного обмена ее абонентов, при этом такие «пропадания» связей рассматриваются как скрытые отказы

Для выявления отказов и компенсации их влияния на готовность РПРС в сети периодически производит коррекцию маршрутов доведения сообщений путем проклю-чения виртуальных каналов между пользователями сети (объекты управления распределенной АСУ), в ходе которого РПРС блокируется для передачи абонентской информации

Основным (атрибутивным) свойством РПРС является ее готовность к передаче по ней сообщений При этом под готовностью сети понимается ее способность передавать сообщения в произвольный момент времени Показателем готовности является коэффициент готовности рассматриваемой сети связи, который есть функция Кг _ Г(тпр0к ] , Тпрокл, А-возд

X (!)

где Тпром - время проюпочения виртуальных каналов,

Тпрокл - период между проключениями виртуальных каналов ХВоад - интенсивность воздействий на сеть, приводящих к изменению ее

связности

Длительность проключения сети т.щ,окл есть собственная характеристика сети, зависящая от принципов ее построения и алгоритмов функционирования Интенсивность воздействия на сеть Хва,л есть внешняя характеристика, которая от сети не зависит Следовательно, управляемым параметром сети, от которого зависит коэффициент готовности, является период проключения Т^окл Задача нахождения Т„р0КЛ имеет следующий ввд Найти

"Г прокл ~ аг^ах Кг (~прок!, ТПрОК1 Хюзл ) (2)

Максимизация коэффициента готовности сети заключается в оптимизации периода проключения в ней виртуальных каналов Решение задачи оптимизации требует знания длительности процесса проключения

Во втором разделе показано, что процесс проключения виртуальных каналов в рассматриваемой РПРС происходит «волной» одновременно по всем ПРУ «сверху-вниз», при этом верхняя ПРУ выдает проюпочаюший «пакет-запрос», который, формируя на каждой ПРУ маршрут доведения сообщений в соответствии с матрицей маршрутов, ретранслируется к нижним по иерархии ПРУ Как следует из рисунка 1, процесс про ключения проистекает в три этапа и на каждом этапе имеются типовые подсети

уровень О и.г3'1"1

Рг,

Р,

Рг

1 м,*з'«з

Р, I

Р,

Рг

р, р,

Р, I

Рисунок ! - Структура перспективной распределенной пакетной радиосети Пример типовой подсети второго этапа приведен на рисунке 2. Вероятность проключения на каждом этапе равна

1 = агв шах р = 1 р""'

I I ° -■—— х м/хж> си/лг/ л. прок.

I = 1,3

где Р""' - требуемая вероятность проключения сети.

-I прокя сети 1 4 *

(3)

Рисунок 2 - Вариант типовой подсети Вероятность проключения в каждой из Ы, подсетей ;-го этана равна

р"> =у ) (4)

Отсюда требуемое количество повторов пакет-запросов в типовой подсети 1-го этапа равно

&ч I прок.п/сетч У о

где к, - количество узлов в типовой подсети г-го этапа, т, - количество ПРУ, осуществляющих переприем пакетов (число составных направлений), р1к ■т')- вероятность

ошибки в составных каналах типовой подсели г-го этапа, N.

Наиболее приемлемым методическим аппаратом для моделирования процессов проключения виртуальных каналов в типовых подсетях и во всей сети являются поглощающие конечные марковские цепи (КМЦ) Однако его недостатком является то, что он не позволяет описывать процессы, происходящие параллельно в одном масштабе времени Для преодоления этого недостатка предложены параллельные КМЦ (ПКМЦ), которые базируются на следующих определениях

Определение 1, Параллельной КМЦ называется множество КМЦ, находящихся в иерархической зависимости друг от друга и проистекающих параллельно (одновременно)

Определение 2 Иерархической КМЦ называется множество упорядоченных КМЦ, при этом признаком упорядочения является инициализация одной КМЦ друюй

Определение 3 Первая частная КМЦ, инициализирующая какие-либо другие частные КМЦ называется материнской Остальные КМЦ называются дочерними

Определение 4 Материнским называется граф, отображающий материнскую КМЦ Дочерним называется граф, отображающий дочернюю КМЦ

Материнский граф располагается горизонтально, а дочерние как вертикально так и горизонтально

Определение 5 Графы, располагающиеся горизонтально называются ярусами Определение 6 Графы, располагающиеся вертикально, называются уровнями Дочерние графы нумеруются по номеру уровня и яруса

Вероятностно-временные характеристики (ВВХ) проктючения виртуальных каналов по всей информационной сети можно найти на основе модифицированного уравнения Колмогорова-Чепмена (УКЧ)

Если КМЦ имеет п состояний, то распределение вероятностей ее состояний на 1-ом шаге находится так

Р<п»(1) = Р<»><-|> Р^ (6)

где Р^,,] - матрица переходных вероятностей (МПВ) ПКМЦ, Р<в>(1> и Р^'-вектор-строка вероятностей состояний на 1-ом и (1-1) шагах процесса соответственно

Как материнские, так и все дочерние графы рассчитываются по уравнению (6), однако их взаимосвязь учитывается по следующему правилу

Правило 1 Результат решения УКЧ в дочернем графе на текущем шаге умножается на вероятность состояния, из которого он выходит на этом же шаге

доц (О р мат (О

р

доч (*) <И/ > >

(7)

где вероятность /-го состояния материнского графа на г-ом шаге, из которого вы-

ходит дочерний граф, - вектор-вероятностей состояний дочернего графа на /-ом

шаге, и/ - число состояний дочернего графа

Правило 2 Общее время процесса, описываемого ПКМЦ (число шагов), отсчи-тывается от первого шага материнского графа до последнего шага последнего дочернего графа

На рисунке 3 представлен граф ПКМЦ, описывающей процесс проключения виртуальных каналов в типовой подсети второю этапа с двумя направлениями, имеющими переприем пакетов и рокадную связь Он включает материнский граф и двенадцать дочерних графов В работе даны определения 2 8 - 2 10 и сформированы правила 2 32 9 синтеза материнского графа, которые вследствие громоздкости здесь не приведены В работе также сформировано следующее правило синтеза дочерних графов

Правило 3 Пусть 1 — номер строки, у номер столбца МПВ, р- вероятность доведения пакет-запроса до одной ПРУ за один повтор Тогда элементы МПВ каждого графа находятся так

Рисунок 3 - Граф ПКМЦ, описывающей доведения пакет-запросов в варианте типовой

подсети

На основе методического аппарата ПКМЦ в работе рассчитаны ВВХ доведения проключакяцих пакет-запросов для всех имеющихся типовых подсетей Для подсети (см рисунок 2) синтезирован граф ПКМЦ (см рисунок 3) и приведены зависимости ВВХ (см рисунок 4)

1 -0 9 08 07 06 050403 0 2 i 0 14

0 9997-

отсутствие воздействий

наличие воздействий

1 2 3 4 5 6 7 8 31 32 3334 35 36 37 38 39

t

Рисунок 4 - График ВВХ доведения пакет-запросов в варианте типовой подсети Результаты расчетов ВВХ проключения виртуальных каналов по всей сети для случаев отсутствия и наличия воздействия представлены в виде графиков на рисунке 5

1! 09 |

081 07 ► 0605 04 03 0 2 1 01-

"""'0 999-,

случай отсутствия воздействий случай наличия воздействий

отсутствие воздействий

= 1 07 с

наличие воздействий \раа,стг 4 387 с

И-г--,

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617 18192122232425262728293031 32 3334353637 3S394041 (

Рисунок 5 - Зависимость ВВХ проключения виртуальных каналов от числа повторов пакет-запроса

Из графиков следует для первого случая длительность проключения виртуальных каналов составляет 10 шагов или 1,07 с (¿п л =128 бит, Кт=1200 бит/с, гш=0 107 с),

для второго случая длительность проключения виртуальных каналов составляет 41 шаг или 4,387 с Именно на такой интервал (1,07 с.и 4,387 с) происходит блокирование сети в первом и во втором случаях для передачи абонентской информации Данный численный факт важен для нахождения величины коэффициента Кг

На основе ПКМЦ определен новый параметр административного управления для сетевого уровня в рассматриваемой перспективной радиосети - число и повторов пакет-запроса ПРУ для режима проключения виртуальных каналов в зависимости от ее уровня иерархии в сети Этот параметр для ПРУ рассматриваемой сети при испочьзуемых исходных данных составляет а) случай отсутствия воздействия 1этап - 7 повторов пакет-запросов, 2 этап - 8 повторов пакет-запросов, 3 этап - 7 повторов пакет-запросов, б) случай наличия воздействия 1этап - 28 повторов пакег-запросов, 2 этап - 39 повторов пакет-запросов,3 этап - 31 повтор пакет-запросов

В третьем разделе осуществляется оценка коэффициента готовности рассматриваемой РПРС при следующих допущениях

Допущение 1. Готовность рассматриваемой системы радиосвязи снижается, если в ней происходит отказ хотя бы одного канала

Допущение 2 Совокупность факторов, приводящих к отказам одного или нескольких каналов, подчиняется пуассоновскому закону с интенсивностью Х.ЕОзд

Допущение 3 Переходы рассматриваемой радиосети из одного состояния в другое есть дискретная марковская цепь с непрерывным временем (марковский процесс с непрерывным временем), граф переходов которого представлен на рисунке 6

1

радиосети

Состояния данного графа таковы Г- радиосеть находится в готовности к работе, Прокл - в радиосети происходит проключение виртуальных каналов, Отк - в радиосети есть хотя бы один пораженный канал, который будет скорректирован (восстановлена связность) при новом проключении

Из семантики состояний анализируемого процесса ясно, что вероятность состояния 1 (готовность радиосети) и есть искомый коэффициент готовности сети Составив систему линейных алгебраических уравнений для всех состояний графа и решив ее, получим выражение для вероятности нахождения в состоянии готовности - Р1

Р1=Кг-~-—-----(9)

+Х +Т \ , е~Кох>

гт, т Лвтд \ 1прокя ^ 1 прокл/ ^ с * прокл

Для нахождения экстремума величины Кг возьмем производную от него по Т^окп и приравняем ее к нулю В результате получим выражение

^ прокл , , Т,

2 возд + ною

прокл

-КозА + Ко* е =0 (Ю)

Тогда оптимальное значение периода проключения виртуальных каналов в РПРС будет находиться из условия

гропт _ прокл В

1 прок ■(

Хпрокл , . ,

J¿ возд

1 , 1 „ прокл _ л

+ а.„„„л е - и

(И)

Для облегчения дальнейших преобразований произведем замену т„р0КЛ = а, Тпрош = х> ^вшд = Ь В результате замены выражение (10) примет вид

+ 0 (12)

Уравнение (12) является трансцендентным и не имеет решения В этом случае можно получить решение численным методом итераций Выражение для него имеет вид

а

х —

]1ь(1-е-41) (13)

Найдено также приближенное аналитическое решение уравнения (12) путем использования разложения выражения е"х в степенной ряд Тейлора

„опт Пирок?

1 прок-1 1 , 2 у '

V А. еозд

Задача оптимизации периода коррекции маршрутов в рассматриваемой РПРС решается как на стадии разработки сети, так и на стадии ее эксплуатации При этом результаты решения закладываются в программное обеспечение протокола сетевого уровня сети с коммутацией пакетов в виде параметров данного протокола

Методика оптимизации периода коррекции маршрутов в РПРС с неоднородными каналами и наличием переприемов пакетов представлена на рисунке 7

Рисунок 7 - Методика оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в РПРС в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи Расчет оптимального значения периода коррекции маршрутов в РПРС с неоднородными каналами и наличием переприемов пакетов для случаев отсутствия и наличия воздействия на основе приведенной методики проведен при следующих исходных данных

• для случая отсутствия воздействия (1-плечо Ро=5*10 , 2-плечо Ро= 103) длительность проключения всех каналов «сверху-вниз» и в рокадных направлениях составляет 1 07 с при вероятности проключения 0 999,

• для случая наличия воздействия (1-плечо Р(,=5*!03, 2-плечо Ро=102) длительность проключения всех каналов «сверху-вниз» и в рокадных направлениях составляет 4,387 с при вероятности проключения 0,99,

• в первом случае каналы рассматриваемой РПРС поражаются естественными (природного происхождения) с интенсивностью К^ц - 1/13 [час1],

» во втором случае каналы рассматриваемой РПРС могут поражаться искусственными помехами РЭС других министерств и ведомств вследствие недостаточной согласованности их частотно-диспетчерских служб с интенсивностью ?чю,д =1/5 [мин ']

Расчет ВВХ для данных двух случаев при таких исходных данные в виде графиков приведен на рисунке 8

Рисунок 8 - Зависимость коэффициента готовности сети от периода проключения для случаев отсутствия и наличия преднамеренных воздействий Из графиков следует, что для первого случая оптимальный период проключения

составляет 6300 секунд или 1 час 45 минут, при этом коэффициент готовности сети равен 0,998 Для второго случая оптимальный период проключения составляет 1200 секунд или 20 мин, при этом коэффициент готовности сети равен 0,97 Данные величины являются приемлемыми для стадии эксплуатации сети, и поэтому в протокол сетевого уровня необходимо внести параметр проключения для случая отсутствия преднамеренных воздействий Тприс =6300 с, а для случая наличия Преднамеренных воздействий Т^щ, =1200 с

Отметим что график коэффициента готовности для второго случая является пологим, что позволяет значительно увеличить период проключения без существенного снижения величины коэффициента готовности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данной научно-квалификационной работы была решена научная задача оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в РПРС в условиях изменения ее топологии, неоднородности каналов и наличия переприемов пакетов, имеющая существенное значение для обеспечения эффективности систем" связи Разработан новый подход к оценке коэффициента готовности такой РПРС, учитывающий скрытые отказы каналов связи Предложен новый методический аппарат для моделирования процессов проключения каналов в рассматриваемой сети в виде ПКМЦ Показано, что использование оптимального периода проключения каналов позволяет повысить коэффициент готовности РПРС в условиях дестабилизирующих факторов до 0,97 по отношению к 0,8 в существующей радиосети для таких же условий

Дальнейшие исследования целесообразно продолжить в следующих направлениях

• разработки научно - методического аппарата нахождения оптимального периода проключения каналов в пакетных радиосетях с учетом наличия обратной связи,

* создание моделей, более точно описывающих влияние воздействующих факторов на рассматриваемую РПРС

Список трудов, опубликованных по теме диссертации Войтов С Э, Цимбал В А Математическая модель оценивания коэффициента готовности и оптимизация интервалов проключения виртуальных каналов в пакетной радиосети военного назначения //Журнал «Физика волновых процессов и радиотехнические системы», Том 10, №7 -2007 - С 30-32

Цимбал В А, Войтов С Э, Ковзльков Д А Аппаратно-программное моделирование радиосистемы передачи данных // ЬХН научная сессия, посвященная Дню Радио Труды -М РНТОРЭС,2007 -С 19-20

Войтов С Э , Исаева Т А Декомпозиция в задачах оценки надежности доведения сообщений в сложных сетях // ЬХП научная сессия, посвященная Дню Радио Труды -М РНТОРЭС, 2007 -С 123-125

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

Войтов С Э Математическая модель доведения сообщений в радиосетях передачи данных на основе параллельных конечных марковских цепей // XXIV Межведомственная научно-техническая конференция «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем Труды конференции, ч 8 - Серпухов, 2005 -С 99-105

Войтов С Э Модель процесса доведения сообщений в радиальной неоднородной сети без обратной связи // XXV Межведомственная научно-техническая конференция «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем Труды конференции, ч 8 - Серпухов, 2006 -С 7-10

Войтов С Э Модель оценивания коэффициента готовности и оптимизация интервалов проключения виртуальных каналов в пакетной радиосети // XXV Межведомственная научно-техническая конференция «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем Труды конференции, ч 8 -Серпухов, 2006 -С 11-15

8 Войтов С Э Методический аппарат синтеза конечной марковской цепи для типового сегмента цифровой радиосети метрового диапазона с коммутацией пакетов // XXVI Межведомственная научно-техническая конференция «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем Труды конференции, ч 2 - Серпухов, 2007 - С 21-27

9 Орехов С Е , Войтов С Э Синтез элементов маршрутной таблицы узла коммутации информационной сети на основе принципа многомерного использования пропускной способности канального ресурса // XXVI Межведомственная научно-техническая конференция «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем Труды конференции, ч2 -Серпухов,2007 -С 165-168

10 Войтов С Э Параллельные конечные марковские цепи понятие, определения и основные операции // Материалы VI Российской научно - технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления» - Калуга, 2007 - С 63-67

11 Орехов С Е , Войтов С Э Решение задачи формирования множества многомерных маршрутов в цифровых сетях связи// Материалы VI Российской научно - технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления» -Калуга, 2007 -С 68-70

12 Отчет о НИР «Сектор» Научный руководитель Цимбал В А инв №н/5497 - Серпухов СВИ РВ, 2005 - 149 с

13 Отчет о НИР «Сектор-2» Научный руководитель Цимбал В А инв №н/5628 - Серпухов СВИ РВ, 2006 - 102 с

14 Отчет об ОКР «Буханка-ВУ», научный руководитель Цимбал В А инв Хги/327 -Серпухов ИИФ, 2006 - 125 с

15 Патент N»63080 на полезную модель «Устройство для моделирования системы связи» по заявке №2006136505 от 16 10 2006 года МПК G06F 15/00 Н04В 7/00 Авторы Цимбал В А, Чайков С С , Войтов С Э

16 Положительное решение по заявке на полезную модель «Устройство для моделирования системы связи» №2007122099 от 13 06 07 г МПК G06F 15/20 / Авторы Цимбал В А, Чайков С С , Войтов С Э

Отпечатано: ИП А. А. Кулаков, Серпухов, Борисовское шоссе, 18, тел.: 39-11-20; 8-915-200-86-98 Подписано в печать: 25.10.2007 г. Тираж 100 экз.

Введение.

1.Анализ особенностей построения и алгоритмов функционирования распределенной пакетной радиосети типовой АСУ ПО.

1.1 .Особенности функционирования существующей информационной сети типовой АСУ ПО.

1.2.Анализ структуры перспективной распределенной пакетной радиосети типовой АСУ ПО при наличии в ней переприемов пакетов, неоднородности каналов связи и особенности ее функционирования.

1.3. Постановка задачи оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в перспективной распределенной пакетной радиосети типовой АСУ ПО в условиях изменения ее топологии, неоднородности каналов, наличия переприемов и направления ее решения.

Выводы по первому разделу.

2. Моделирование процесса проюпочения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО с учетом неоднородности каналов связи и переприемов пакетов.

2.1. Анализ процедуры проюпочения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО.

2.2. Параллельные конечные марковские цепи как основа анализа оперативности проюпочения виртуальных каналов.

2.3 Математическая модель оценивания оперативности проюпочения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО на основе параллельных конечных марковских цепей

2.3.1. Разработка методического аппарата синтеза МПВ для типовых подсетей перспективной РПРС АСУ ПО. и ШАЛ 14/П Л. Л. и 1. 1 XV/ воды по второму разделу

Оптимизация периода проключения виртуальных каналов в пе спективной РПРС типовой АСУ ПО в условиях изменения ее 1 пологии, неоднородных каналов и наличия переприемов пакет

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 [48]. АСУ производствами различают по сосредоточенности объектов управления и устройств управления, по виду управления. По сосредоточенности различают локальные, рассредоточенные и распределенные на значительной территории АСУ. По виду управления различают системы: с программным управлением без обратной связи; с программным управлением и с обратной связью; с адаптивным управлением и с обратной связью [68, 69]. 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 [75, 63,64].

Примером таких АСУ являются АСУ ОАО «Газпром», «Роснефть», АСУ «Выборы», АСУ МЧС и АСУ силовых министерств и ведомств [3,34,47,60].

Построение распределенных информационных радиосетей различного назначения с требуемыми вероятностно-временными характеристиками (ВВХ) доставки сообщений, функционирующих в условиях дестабилизирующих факторов, является актуальной технической проблемой и ставит ряд задач как анализа, так и синтеза таких сетей [26,40].

Решение задачи обеспечения требуемых 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) [33, 44, 57, 77]. 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) [6, 8].

Настоящий этап развития и совершенствования информационных сетей РПРС различного назначения характеризуется внедрением новых коммуникационных технологий, в том числе и на базе коммутации пакетов [4]. В такой радиосети будет реализован принцип виртуальных соединений (каналов, маршрутов передачи сообщений) и каждый такой виртуальный канал (маршрут передачи сообщений) сети будет представлять собой закрепленное направление связи для абонентов РПРС [33, 85].

Реализация перспективной РПРС предусматривается в основном на базе приемо-передающего комплексов (ППК) метрового диапазона, обеспечивающих передачу цифровых потоков информации со скоростью 16-32 кбит/с [38,77].

Спецификой функционирования информационных сетей на базе РПРС является то, что они длительное время могут находиться в режиме радиомолчания вследствие низкой информационной нагрузки, определяемой режимами работы абонентов. Кроме того, каналы метрового диапазона могут быть подвержены воздействию помех других радиосредств (РС) вследствие недостаточной координированности работы частотно-диспетчерских служб различных министерств, агентств, ведомств и служб [7, 20-22, 26, 55, 65]. Такие воздействия могут приводить к тому, что отдельные каналы РПРС могут поразиться на некоторое время, зависящее от длительности режима работы мешающих РС. Таким образом, топология РПРС в случае воздействия помех динамически изменяется. Однако выявление таких изменений произойдет только при очередном информационном обмене абонентов РПРС между собой [52-54].

Решение всех вопросов по контролю и оценке ситуации на РПРС, выработке решений на управление сетью, а также доведению управляющих воздействий до соответствующих элементов сети осуществляет автоматизированная система управления связью (АСУС). Звеньями управления данной АСУС на каждом уровне иерархии РПРС являются комплексы автоматизации управления связью (КАУС) [75]. АСУ С выявляет в сети отказы и восстановление тех или иных направлений связи и выдает через КАУС команды на проведении коррекции маршрутов передачи сообщений в условиях изменения топологии сети. Такая коррекция маршрутов в рассматриваемой РПРС есть ни что иное как периодическое проключение виртуальных каналов. Она осуществляется в рассматриваемой перспективной радиосети передачей «сверху - вниз» соответствующих проключающих виртуальные каналы пакет-запросов, при этом в ходе их передачи вся сеть недоступна для другой информации, в том числе и информации абонентов сети [41-43].

В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: с одной стороны, интервал между проключениями (период) в рассматриваемой РПРС необходимо уменьшать, что обеспечит более достоверное обнаружение скрытого отказа каналов. С другой стороны, период проключения необходимо увеличивать, что уменьшит общее время недоступности сети для передачи информации абонентов. Разрешение этого противоречия заключается в оптимизации периода проключения виртуальных каналов в рассматриваемой РПРС [13].

Вопросам построения сетей с коммутацией пакетов большое внимание уделено в школах таких ученых как Якубайтис Э.А., Цыбаков Б.С., Лазарев В.Г., Бутрименко А.И., Глушков В.М., Мизин И.А., Самойленко С.И., Олифер В.Г., Присяжнюк С.П., Цимбал В.А., Шиманов С.Н., Клейнрок JI., Дэвис Д., Барбер Д. и другие. Однако вопрос оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в РПРС в случае длительных простоев коммуникационного ресурса сети является открытым [27,32, 38,46,49, 70,71, 80, 84, 85, 89].

Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертации «Оптимизация периода коррекции маршрутов передачи сообщений в распределенной пакетной радиосети».

Целью диссертационных исследований является разработка научно-методического аппарата оптимизации периода коррекции маршрутов распределенной пакетной радиосети для повышения качества информационного обмена ее абонентов.

Объектом исследования является распределенная пакетная радиосеть, функционирующая в режиме виртуальных соединений с переприемами пакетов и неоднородными каналами.

Предметом исследований является научно-методический аппарат оптимизации периода коррекции маршрутов в распределенной пакетной радиосети на основе поглощающих конечных марковских цепей.

Научной задачей является максимизация коэффициента готовности распределенной пакетной радиосети на основе оптимизации периода коррекции маршрутов передачи информации в условиях изменения ее топологии, неоднородных каналов и наличия переприемов пакетов.

Для решения этой общей научной задачи в диссертации ставятся и решаются следующие подзадачи:

1. Формализация и моделирование процесса проключения виртуальных каналов в РПРС с учетом неоднородности каналов связи и наличия переприемов пакетов.

2. Оценка коэффициента готовности РПРС в условиях изменения ее топологии, неоднородности каналов связи и наличия переприемов пакетов.

3. Оптимизация периода проключения виртуальных каналов в РПРС в условиях изменения ее топологии, неоднородности каналов связи и наличия переприемов пакетов.

В ходе решения этих задач были сформированы следующие результаты, представляемые к защите:

1. Математическая модель процесса проключения виртуальных каналов в распределенной пакетной радиосети с учетом наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи.

2. Математическая модель надежности распределенной пакетной радиосети в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи.

3. Методика оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в распределенной пакетной радиосети в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи.

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в том, что:

• впервые сформулирована и решена задача оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в РПРС в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи;

• разработаны правила синтеза графов параллельных конечных марковских цепей для иерархических сетей передачи данных, учитывающие как неоднородность каналов связи, так и наличие переприемов пакетов в направлениях связи;

• впервые предложен подход к оценке коэффициента готовности информационной сети РПРС, учитывающий наличие скрытого отказа отдельных каналов связи при наличии в сети переприемов пакетов и неоднородности каналов по вероятности ошибки.

Достоверность и обоснованность разработанного научно-методического аппарата подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории конечных марковских цепей (КМЦ), теории оптимизации, моделирования систем, сходимостью результатов расчета с результатами стендового макетирования.

Практическая значимость результатов диссертационных исследований обусловлена тем, что они доведены до уровня методики, алгоритмов и машинных продуктов и позволяют на стадии проектирования закладывать в протоколы административного уровня КАУС корректные параметры управления сетью при наличии в ней переприемов пакетов и неоднородности каналов связи по вероятности ошибки. Кроме того, полученные результаты позволяют на стадии эксплуатации сети определять каждой ПРУ для режима проключения виртуальных каналов количество повторов проключающих пакет-запросов в зависимости от ее уровня иерархии в сети. Использование предлагаемого подхода к периоду коррекции маршрутов позволяет повысить коэффициент готовности РПРС в условиях воздействия дестабилизирующих факторов до 0,998, в то время как в существующей радиосети для таких же условий данная величина составляет 0,97. Кроме того, результаты работы могут быть использованы в ВВУЗах при изучении соответствующих учебных дисциплин, а также при разработке систем и радиосетей, функционирующих в режиме коммутации пакетов.

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

Выводы по третьему разделу

Анализ процесса функционирования перспективной РПРС типовой АСУ ПО в условиях воздействий внешних факторов и его моделирование позволили сделать следующие выводы.

1. Процесс функционирования РПРС в условиях воздействий является марковским процессом с непрерывным временем и тремя состояниями, одно из которых соответствует скрытому отказу, другое соответствует этапу проключения каналов и третье соответствует готовности сети. Вероятность последнего состояния и есть искомый коэффициент готовности сети.

2. Аналитического решения для оптимального значения периода коррекции маршрутов не существует/ Поэтому такое решение найдено, во-первых, численным итерационным методом и, во-вторых, методом разложения в ряд Тейлора одного из сомножителей исходного уравнения. Показано, что наиболее точное решение дает метод итераций.

3. Показано, что для режима отсутствия воздействий оптимальное значение периода проключения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО с нормой управляемости «три» составляет 1 час 45 минут, при этом коэффициент готовности равен 0.998.

4. Показано, что для режима наличия воздействий оптимальное значение периода проключения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО с нормой управляемости «три» составляет 20 минут, при этом коэффициент готовности равен 0.97.

5. Методика нахождения оптимального периода коррекции проключения каналов пригодна как для стадии разработки перспективной РПРС типовой АСУ ПО, так и для стадии ее эксплуатации и позволяет определять корректные параметры административного управления протоколов сетевого уровня.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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 АСУ, основанных на применении информационных технологий, и прогрессивных математических моделей управления. АСУ производствами различают по сосредоточенности объектов управления и устройств управления, по виду управления. По сосредоточенности различают локальные, рассредоточенные и распределенные на значительной территории АСУ. По виду управления различают системы: с программным управлением без обратной связи; с программным управлением и с обратной связью; с адаптивным управлением и с обратной связью. 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.

Существенное повышение готовности информационной сети типовой АСУ ПО может быть осуществлено путем замены существующей радиосети на перспективную, основанную на пакетных радиоустановках. Такая перспективная РПРС на основе пакетной коммутации позволит решить в ходе управления ПО ряд актуальных задач:

• позволит за счет наличия рокадных связей и переприемов пакетов в отдельных направлениях связи увеличить рассредоточение всех ЗУ ПО, что обеспечит им большую маневренность и управляемость; данное обстоятельство особенно важно при расположения ПО в гористой местности и регионах с неразвитой сетью дорог;

• позволит за счет наличия рокадных связей и переприемов пакетов существенно повысить готовность рассматриваемой перспективной РПРС к применению по назначению в условиях воздействия по каналам непреднамеренных помех и других воздействий;

• позволит за счет коммутации пакетов существенно повысить эффективность использования канального ресурса сети.

В ходе выполнения исследований получены следующие основные результаты:

1. Математическая модель процесса проключения виртуальных каналов в распределенной пакетной радиосети с учетом наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи.

2. Математическая модель надежности, распределенной пакетной радиосети в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи.

3. Методика оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в распределенной пакетной радиосети в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи.

В результате исследований, проведенных в работе, выявлено, показано, доказано и разработано следующее:

1. Существующая сеть типовой АСУ ПО, построенная на базе выделенных радиоканалов метрового диапазона и организованных в комбинированную радиосеть, обладает существенным достоинством - высокой оперативностью доведения информации. Однако, реализация в такой сети радиально-узлового принципа по жестко закрепленным каналам в условиях воздействий по ним ¡це. обеспечивает требуемого уровня устойчивости сети и, как следствие, не обеспечивает требуемый уровень готовности сети к передаче информации АСУ в условиях сложной электромагнитной обстановки.

2. Совершенствование и развитие существующей радиосети типовой АСУ ПО заключается в переходе к использованию принципов пакетной радиосети, в которой, во-первых, помимо существующих связей имеются еще рокадные и, во-вторых, в отдельных каналах связи имеются переприемы пакетов, что существенно повышает связность сети, а следовательно, и ее готовность в условиях изменяющейся обстановки.

3. Спецификой функционирования перспективной радиосети типовой АСУ ПО является изменение ее топологии вследствие динамики электромагнитной обстановки и изменения расстояний между ПО. Причем факт пропадания отдельных связей в данной сети выявляется только в ходе информационного обмена; такие «пропадания» связей рассматриваются как скрытые отказы.

4. Для выявления отказов и компенсации их влияния на готовность сети в сети периодически происходит коррекция маршрутов доведения сообщений путем проключения виртуальных каналов между пользователями сети (ЗУ АСУ, речевые абоненты), в ходе которого сеть блокируется для передачи управленческой информации. ¡.

5. Максимизация коэффициента готовности в сети заключается в оптимизации периода проключения виртуальных каналов. Решение задачи оптимизации требует знания длительности процесса проключения и ин-тенсивностей воздействий, приводящих к поражению каналов.

6. Новой и требующей решения является задача нахождения необходимого числа повторов пакет-запросов в типовой подсети /-го этапа, обеспечивающего вероятность р(0 . Сложность ее решения заключается в

1 X прок.п/сети том, что, во-первых, таких типовых сетей имеется несколько вариантов, во-вторых, в каждом варианте типовой подсети имеется т( переприемов пакетов, и в третьих наличие переприемов пакетов обуславливает разные по вероятности ошибки «плечи» составного канала связи.

7. Процесс проключения виртуальных каналов является стохастическим и вследствие этого проистекает одновременно на всех уровнях иерархии сети (этапах). Кроме того, даже на одном этапе в типовой подсети, имеющей составной канал, процесс проключения является двухфазным и фазы проистекают параллельно. Данное обстоятельство требует для моделирования нового методического аппарата, способного отображать протекающие параллельно взаимосвязанные стохастические процессы.

8. Анализируемые процессы как в типовых подсетях, так и во всей иерархической сети являются конечными марковскими цепями (КМЦ), проистекающими параллельно. Для описания совокупности совместных и зависимых КМЦ в рамках работы предложен новый методический аппарат в виде параллельных КМЦ (ПКМЦ).

9. Разработан тезаурус по новой предметной области - ПКМЦ и сформированы правила синтеза как материнских так и дочерних графов, позволяющие проводить как анализ, так и синтез ПКМЦ применительно к задачам проключения виртуальных каналов в иерархических пакетных радиосетях, имеющих неоднородные каналы и переприем пакетов.

10.Достоинством предлагаемых > ПКМЦ является возможность моделирования проключаемых каналов по перспективной РПРС типовой АСУ ПО как «сверху-вниз», так и по рокадным связям с наличием в них переприемов пакетов.

11 .Для перспективной РПРС типовой АСУ ПО с нормой управляемости три и проключаемыми рокадными каналами, наличием переприемов в каждой рокадной связи по всей сети, а также наличием переприемов в двух каналах на 1 этапе и в одном канале каждой типовой подсети на 2 этапе численные расчеты ВВХ на основе ПКМЦ показали, что:

• для условий отсутствия воздействий: (1-плечо: Р0=5*10"4,2-плечо:Ро=Ю'3) время проключения всех каналов «сверху-вниз» и в рокадных направлениях составляет 1.07 с при вероятности проключения 0.998;

• для условий наличия воздействий (1-плечо: Р0=5* 10,2-плечо: л

Ро=10") время проключения всех каналов «сверху-вниз» и в рокадных направлениях составляет 4.57 с при вероятности проключения 0.97.

12. Определен новый параметр административного управления для сетевого уровня в рассматриваемой перспективной РПРС - число повторов пакет-запроса ПРУ для режима проключения виртуальных каналов в зависимости от ее уровня иерархии в сети. Этот параметр для ПРУ рассматриваемой сети при используемых исходных данных составляет:

• при отсутствии воздействий: 1этап - 7 повторов пакет-запросов;

2 этап - 8 повторов пакет-запросов;

3 этап - 7 повторов пакет-запросов;

• при наличии воздействий: 1этап - 28 повторов пакет-запросов;

2 этап - 39 повторов пакет-запросов;

3 этап - 31 повтор пакет-запросов.

13.Процесс функционирования РПРС в условиях воздействий является марковским процессом с непрерывным временем и тремя состояниями, одно из которых соответствует скрытому отказу, другое соответствует этапу проключения каналов и третье соответствует готовности сети. Вероятность последнего состояния и есть искомый коэффициент готовности сети.

14.Аналитического решения для оптимального значения периода коррекции маршрутов не существует. Поэтому такое решение найдено, во-первых, численным итерационным методом и, во-вторых, методом разложения в ряд Тейлора одного из сомножителей исходного уравнения. Показано, что наиболее точное решение дает метод итераций.

15.Показано, что для режима отсутствия воздействий оптимальное значение периода проключения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО с нормой управляемости «три» составляет 1 час 45 минут, при этом коэффициент готовности равен 0.998.

16.Показано, что для режима наличия воздействий оптимальное значение периода проключения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО с нормой управляемости «три» составляет 20 минут, при этом коэффициент готовности равен 0.97.

17.Методика нахождения оптимального периода коррекции проключения каналов пригодна как для стадии разработки перспективной РПРС типовой АСУ ПО, так и для стадии ее эксплуатации и позволяет определять корректные параметры административного управления протоколов сетевого уровня.

Выносимые на защиту научные положения доведены до алгоритмов и программных модулей, что позволяет их использовать в реально существующих РПРС АСУ ПО различного назначения.

• Результаты диссертационной работы внедрены в организациях промышленности при разработке новых систем и сетей связи в интересах АСУ ПО специального назначения, а также в учебный

В щаацнейщеэа. полученные научные результаты и практические рекомендации могут быть использованы предприятиями и организациями промышленности следующим образом:

• при обосновании ТТТ и ТТЗ на НИР и ОКР по перспективным системам и сетям связи с коммутацией пакетов;

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

• в учебном процессе вузов.

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

• разработки научно - методического аппарата нахождения оптимального периода проключения каналов в пакетных радиосетях с учетом наличия обратной связи;

• создание моделей, более точно описывающих влияние воздействующих факторов на каналы рассматриваемой перспективной РПРС.

1. Андрианов Ю.М., Субретто А.И. Квалиметрия в приборостроении и машиностроении. JL: Машиностроение, 1990.-216 с.

2. Антоненко А.Д. Разработка методического аппарата и исследование характеристик физического уровня информационной сети АСУ. Диссертация. кандидата технических наук. МО, 1994.

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

4. Афанасьев В.В., Горностаев Ю.М. Эволюция мобильных сетей/М.: Связь и бизнес.-2001.-199 с.

5. Баврин И.И., Матросов В.А. Общий курс высшей математики: Учеб. для студентов физ.-мат. спец. пед. вузов.-М.: Просвещение, 1995,-464с.

6. Бертсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных. М.: Мир, 1989. - 544 с.

7. Бройдо B.JI. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Учебник для ВУЗов. / Питер, 2002. 688 с.

8. Бунин С.Г., Войтер А.П. Вычислительные сети с пакетной радиосвязью. -Киев: Техника, 1989. 223 с. '

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

10. Ю.Военный энциклопедический словарь РВСН/Гл. редактор И.Д.Сергеев. Составители: С.И.Боридько, А.В.Боряк, Д.А.Ловцов и др. М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. 632с.

11. Войтов С.Э. Параллельные конечные марковские цепи: понятие, определения и основные операции // Материалы VI Российской научно технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления». - Калуга, 2007. - С. 63-67.

12. Войтов С.Э., Исаева Т.А. Декомпозиция в задачах оценки надежности-доведения сообщений в сложных сетях // ЬХП научная сессия, посвященная Дню Радио. Труды. М.:РНТОРЭС, 2007. - С.123-125.

13. 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.

14. Воробьев С.П., Данилевский Ю.Г., Захаров Г.П. Принципы построения интегральной сервисной цифровой сети связи с коммутацией пакетов// Средства связи. 1985. - Вып.4. - С.5-12.

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

16. Доровских A.B., Сикарев A.A. Сети связи с подвижными объектами. К.: Техника, 1989, - 158 с.

17. Дудник Б.Я., Овчаренко В.Ф., Орлов В.К. Надежность и живучесть системы связи. -М.: Радио и связь, 1984. 216 с.

18. Емелин Н.М. Анализ и синтез систем технического обслуживания летательных комплексов.- МО РФ, 1993.- 152с.

19. Емелин Н.М. Моделирование процессов эксплуатации сложных систем.- МО РФ, 1998.- 124с.

20. Захаров Г.П. Методы исследования сетей передачи данных. М.: Радио и связь, 1982.-208 с.26.3лобин В.И. Абдукционно-адаптивные комплексы управления качеством функционирования радиосистем (Основы теории и принципы построения). — МО СССР, 1988.- 176 с.

21. Интеллектуальные сети связи./Под ред. Лихтциндера Б.Я. М.: Эко-Трендз, 2000.-205 с.

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

23. Карташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова Т.В. Сети подвижной связи/М.: эко-Трендз, 2001.-299 с.

24. Кемени Дж. и др. Счетные цепи Маркова / Пер. с англ.-М.: Наука, 1987. -416с.

25. Кемени Джон Дж., Снелл Дж. Ларк. Конечные цепи Маркова /Пер. с англ.-М.: Наука, 1970.-272с.

26. Клейнрок Л. Коммуникационные сети (стохастические потоки и задержки сообщений ) / Пер. с англ. -М.:Наука, 1970.- 256 с.

27. Комашинский В.И., Максимов A.B. Системы подвижной радиосвязи с пакетной передачей информации. Основы моделирования М: Горячая линия. Телеком, 2007.-171 с.

28. Концепция создания автоматизированной системы «Государственный регистр населения». Министерство РФ по связи и информатизации. - Москва, 2007.-49 с.

29. Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. М.: Радио и связь, 1998,- 152 с.

30. Красносельский Н.И. и др. Автоматизированные системы управления в связи: Учебник для вузов / Н.И. Красносельский, Ю.А. Воронцов, Ю.А. Аппак. М.: Радио и связь, 1988. - 272 с.

31. Крылов В.В., Никашов К.Ю. Перспективы развития техники и технологии систем РЭБ // Зарубежная электроника, 1988, №6, С.1.3.

32. Лазарев В.Г. Интеллектуальные цифровые сети: Справочник / Под.ред. академика H.A. Кузнецова. М.: Финансы и статистика, 1996. - 224 с.

33. Лазарев В.Г., Пийль Е.И. Интеллектуализация телекоммуникационных сетей // Технология и средства связи. 1998. №2, - С.28.33.

34. Ларин A.A. Теоретические основы управления. Учеб. пособие для ВВУЗов: РВСН.-М., 1995.-247с.

35. Лычагин Н.И. Анализ структуры децентрализованной иерархической системы управления сетью связи// Техника средств связи. Сер. ТПС. 1987. -Вып.8. - С. 29-38.

36. Лычагин Н.И., Кондратьев В.Ф., Апинян В.В. Интеллектуальные информационно управляющие сети систем связи//Техника, информатика, экономика. Сер. 4. Автоматизация проектирования. - 1989. - Вып.1. - С. 51-61.

37. Лычагин Н.И., Кондратьев В.Ф., Полушин В.Ю. Организация знаний в центре управления узлом связи// Техника средств связи. Сер. ТПС. 1989. -Вып.2 -С.41-51.

38. Мархасин А.Б. Архитектура радиосетей передачи данных. Новосибирск: АН СССР, Сибирское отделение института горного дела, 1984. - 133 с.

39. Мельников Д.А. Информационные процессы в компьютерных сетях. /М.: Ку-диц-образ, 2001. 256 с.

40. Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.Н. Сети коммутации пакетов/ Под ред. B.C. Семенихина. М.: Радио и связь, 1986. - 408 с.

41. Нациоиальный центр управления в кризисных ситуациях МЧС России. -Сайт МЧС РФ.-2007.

42. Отчет о НИР «Сектор-2». Научный руководитель Цимбал В.А. инв. №н/5628 Серпухов: СВИ РВ, 2006. - 102 с.

43. Отчет об ОКР «Буханка-ВУ», научный руководитель: Цимбал В.А. инв. №и/327 Серпухов: ИИФ, 2006. - 125 с.

44. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. -М.:Воениздат, 1989. -352с.

45. Патент №63080 на полезную модель «Устройство для моделирования системы связи» по заявке №2006136505 от 16.10.2006 года, МПК G06F 15/00 Н04В 7/00. Авторы: Цимбал В.А, Чайков С.С., Войтов С.Э.

46. Под ред. Горшкова В.В. Пакетные радиосети //ТИИЭР, 1987,т.95, № 1. 215с.

47. Положительное решение по заявке на полезную модель «Устройство для моделирования системы связи» №2007122099 от 13.06.07 г., МПК G06F 15/20. / Авторы: Цимбал В.А, Чайков С.С., Войтов С.Э.

48. Полушин П.А., Самойлов А.Г. Избыточность сигналов в радиосвязи/ Под ред. А.Г. Самойлова. М.: Радиотехника, 2007. - 256 с.

49. Программный комплекс «АСУ Теплосбыт». Сайт Инфоэнерго. - 2007.

50. Проектирование и техническая эксплуатация сетей передачи дискретных сообщений /Под. ред Г.П. Г.П. Захарова. М.: Радио и связь, 1988. - 360 с.

51. Протоколы информационно-вычислительных сетей. Справочник/ С.А. Аничкин и др. -М: Радио и связь, 1990. -504с.

52. Советов Б.А., Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания. -Ленинград: Машиностроение, 1990. -332с.

53. Суздалев A.B. Сети передачи информации АСУ. -М.: Радио и связь, 1983. -152 с.

54. Тележный Б.Г. Об оценке надежности радиолиний при воздействии непреднамеренных помех в комплексах средств радиосвязи //Техника средств связи. Серия: Общетехническая, 1984, № 5, c.l 1.19.

55. Теория телетрафика: Учебник для Вузов/Ю.Н. Корнышев, А.П. Пшеничников, А.Д. Харкевич. М.: Радио и связь, 1996. - 272 с.

56. Толмачев Ю.А. Универсальные мобильные системы связи. Перспективы развития// Электросвязь, 1999, №4, с.4-5.

57. Хохлачев E.H. Теоретические основы создания и построения АСУ. -МО СССР, 1987.

58. Хохлачев E.H. Теоретические основы управления. Анализ и синтез систем управления. Учеб. Пособие. -М.: РВСН, 1996. -443с.

59. Цимбал В.А. Новая информационная технология синтеза систем и сетей передачи данных на основе метода чувствительности конечных марковских цепей // Информационные технологии в проектировании и производстве, 2001. № 1, С.50.53. :

60. Цимбал В.А. Определение вероятностно-временных характеристик доведения сообщений на основе конечных марковских цепей //Известия ВУЗов. Приборостроение, 1997, т.40, № 5, с. 11. .15.

61. Цимбал В.А. Определение характеристик конечных марковских цепей при разной длине шага переходов// Машиностроитель, 2001,№2 с.24,.25.

62. Цимбал В.А., Войтов С.Э., Ковальков Д.А. Аппаратно-программное моделирование радиосистемы передачи данных // LXII научная сессия, посвященная Дню Радио. Труды. М.:РНТОРЭС, 2007. - С.19-20.

63. Чагаев Н.С. Моделирование процессов управления в узлах коммутации. -М.: Радио и связь, 1984. 168 с.

64. Шибанов B.C., Захаров Г.П., Лычагин Н.И. Опыт проектирования АСУ ведомственными сетями связи и перспективные направления их совершенствования// Техника средств связи. Сер. ТПС. -1989. Вып. 2. - С. 14-22.

65. Штефан В.И. Методика оценки устойчивости радиоканала.// Информация и космос №1, 2000 г.

66. Штефан В.И. Модель пакетной радиосети.//Информация и космос №1, 2001 г.

67. Штефан В.И., Козаченко Л.А. Особенности реализации рекомендации Х.25/3 в коммутаторе пакетов.// Техника средств связи, серия «Системы связи» выпуск 5,1991г.

68. Штефан В.И., Козаченко Л.А. Программное обеспечение коммутатора пакетов.// Техника средств связи, серия «Системы связи», выпуск 8,1991г.

69. Якубайтис Э.А. Информационно вычислительные сети. - М.: Финансы и статистика, 1984. -232 с.

70. Broadband switching systems: Firstgeneration. Pattavino Achille// «Eur. Trans. Telecommun. and Relat. Technol.», 1991,2, №1, 75-87.

71. Eberhagen S., Fanger В., Wahl Cr. Marketing Strategy Optimizes Introduction of Services// Telcom Report International. 1995. - v. 15. - №1.

72. Ellis R., Dupuis P., Weiss A. Large deviations for Markov Processes with discontinuous statistics. I: General upper bounds // Ann. Probab., 1998. V.19.

73. Fayolle G., Malyshev V.A., Menshikov N.V. Topics in the Constructive Theory of Countable Markov Chains. Cambri dge Univ. Press, 1999.

74. Hamilton R., Lee (Jr.), Fui Joe Tjin. A matrix geometric model for a GSMA/CD network with a gateway// «Comput. Networks and ISDN Syst.», 1996,21, №5,399-415.

75. Magedanz T., Popescu Zeletin R. Intelligent Networks. - International Thomson Computer Press, 1996.

76. Orey S. Markov chains with stochastically stationary transition probabilities // Ann. Probab., 1997. V. 19. №3.

77. Tweedie R.L. Invariant measures for Markov Chains with no irreducibility assumptions // J. Appl. Probab., 1998. №25 A.

78. Ybusaki Masami, Suzuki Shigefusa. Approximate performance analysis and simulation study for variable-channel per-bursts-TDMA//«IE EE Trans/ Commun.», 1999, 38, №3, 318-326.