автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Разработка метода оптимизации структуры первичной сети и оценка показателей её функционирования в условиях чрезвычайных ситуаций

РГО о л

п м .г - МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Иоскбвб^и'йЧгУхнк^еский университет связи и информатики

На правах рукописи

Рокотян Алексей Юрьевич

УДК 621.391.7

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПТИМИЗАЩИ СТРУКТУРЫ ПЕРВИЧНОЙ СЕТИ И ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЕЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Специальность: 05.12.Н - Сети, узлы связи и распределение

информации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте связи и в Министерстве связи Российской Федерации.

Научный руководитель -Официальные оппоненты -

Ведущее предприятие

доктор технических наук,

профессор К.А.Мешковский

доктор технических наук,

профессор Г.Б.Давыдов

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Д.И.Ковальский

Вычислительный центр Российской Академии Наук

Зашита состоится " I 1993 г. в час.

на заседании специализированного совета К 118.06.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Московском техническом университете связи и информатики по адресу: 105855, Москва, ул. Авиамоторная, д.~ 8а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ¿¿¿ьЯ* 1993 г.

1993 г. в

¿о

Ученый секретарь специализированного- совета к.т.н.

Е.В.Демина

Общая характеристика работы

Актуальность тепы. Важным аспектом функционирования сетей связи различного назначения является их живучесть, т.е. свойство сети удовлетворять требованиям потребителей при неблагоприятном воздействии на нее внешней среды. Выделяются два основных фактора, определяющих живучесть- сети при заданных внешних воздействиях -устойчивость и восстанавливаемость. Устойчивость - способность сети связи при воздействии разрушающих факторов внешней среды обес-"печивать заданные характеристики передачи сообщений ' потребителей на базе сохранения работоспособности элементов сети (узлов и линий связи) и выбора соответствующей ее структуры. Восстанавливаемость - это способность соответствующих подразделений обеспечить восстановление работоспособности всех или некоторых вышедших из строя объектов связи и, тем самым, обеспечить требуемые характеристики сети по сеязности, пропускной способности и другим параметрам.

Проблематике живучести сетей связи посвяшена достаточно обширная литература, однако большинство работ рассматривают тот аспект, который выше назван устойчивостью. Восстанавливаемости же посвящаются только отдельные работы, рассматривающие чаще всего чисто технические аспекты, а вопросы оптимизации структуры восстановленной сети и ее характеристик остаются в тени. В то же время, как показывает опыт чрезвычайных ситуаций последних лет, вполне возможен одновременный-выход из- строя значительного количества элементов системы связи и, в тем числе, нарушение связности первично:! сети. К восстановлению связи привлекаются в больших количествах передвижные средства связи различного назначения.

В связи с этим возникает потребность в решении ряда задач, в том числе связанных с определением оптимальной структуры восстановленной сети при конкретном разрушении, оценкой потребности в технических средствах, необходимых для обеспечения заданных характеристик сети по восстанавливаемости, оценкой электрических характеристик каналов и трактов восстановленной сети, расчетом затрат времени на" проведение первоочередных мероприятий по восстановлению сети связи. Для многих из этих задач удовлетворительные методы решения еше не разработаны.

В то же время, изменения топологии сети связи страны в связи с формированием целостной сети связи России, пересмотр оборонной концепции государства, структурная перестройка экономики, менявшая

подходы к решению задач построения систем восстановления, требует разработки методов решения упомянутых задач.

Все это обуславливает актуальность задач, решаемых в предлагаемой диссертационной работе.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка метода определения оптимальной структуры восстанавливаемой первичной сети в условиях чрезвычайных ситуаций, оценка потребностей в средствах восстановления первичных сетей, электрических характеристик каналов восстановленной первичной сети, затрат времени на ввод в действие подвижных сетевых, узлов.

При этом решались следующие основные задачи:

1. Классификации чрезвычайных ситуаций различного характера с точки зрения их воздействия на сети связи.

2. Разработка метода оптимизации структуры Еосстанавливамой первичной сети по критерию минимума стоимости средств восстановления, привлекаемых для обеспечения связности сети.

3. Разработка процедуры получения достоверных оценок потребностей в передаижных средствах связи для первичной сети, учитывающей как особенности воздействия внешних поражающих факторов, так и структуру самой сети.

4. Исследование особенностей структуры сети, являющейся аналогом магистральной первичной сети ЕАСС при массовых разрушениях и построение номинальных цепей канала ТЧ и сетевого тракта для указанных условий. Оценка основных электрических параметров каналов магистральной сети в условиях массовых разрушений объектов связи и восстановления их с помощью передвижных технических средств.

5. Разработка процедуры, позволяющей до получения достаточного опыта эксплуатации передвижных резервных сетевых узлов получать достоверные оценки затрат времени на развертывание этих технических средств и настройки в них каналов и трактов.

Метода исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы теории сетей связи, теории графов, теории расписаний, теории передачи сигналов, теории вероятностей, аппарат методов статистического и имитационного моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложено классифицировать чрезвычайные ситуации с точки зрения их воздействия на сети связи по таким характеристикам, как наличие разрушений объектов связи, достаточность имеющихся средств связи, размеры зоны бедствия. Оценена устойчивость сети-аналога

магистральной первичной сети ЕАСС в условиях массированного воздействия средств поражения по таким нетрадиционным характеристикам, как среднее количество компонент связности, средний размер компоненты связности и др.

2. Предложена математическая постановка задачи оптимального восстановления связности первичной сети по критерию минимальной стоимости. Предложены процедуры поиска оптимальной структуры вос-станавлиЕамых первичных сетей малой и большой размерности. Для решения задачи на сети большой размерности на основе построения для сети с помощью эвристического метода дерева Штейнера разработан алгоритм локального улучшения дереЕа-решения на основе оптимизации путей, связывающих полюса (наиболее важные узлы, для которых должна быть обеспечена связность) с деревом. Для больтсих сетей такая модификация позволяет повысить точность решения ча 3...5i? при сохранении характеристик трудоемкости.

3. Показано, что для больших сетей з условиях массовых разрушений оценки потребности в средствах восстановления наиболее рационально получать с применением методов имитационного моделирования. Разработана процедура оценки этого параметра для первичной сети, учитывающая как особенности воздействия на сеть внешних факторов, так и структуру самой сети.

4. Определено количество транзитных узлов и врёменных вставок в линии передачи в структуре номинальной цепи каналов и трактов магистральной первичной сети в условиях глобальной чрезвычайной ситуации, сопровождающейся применением значительного количества мобильных средств связи.-Получены оценки суммарной мощности аддитивных помех, защищенности от линейных переходов каналов ТЧ, имеющих структуру, соответствующую полученной номинальной цепи.

5. Разработана процедура получения априорных оценок затрат времени на ввод в действие передвижных сетевых узлов на основе метода РЕЕТ. Предложены эквивалентные преобразования фрагментов сетевых моделей процесса развертывания резервного сетевого узла, тлеющих регулярную структуру, позволяющие на 1...2 порядка снизить размерность анализируемых с помощью метода РЕЕТ графов.

Личный вклад. Все результаты, представленные в работе, получены автором лично.

Практическая ценность работы состоит в том, что предложенные постановки задач и методы их решения расширяют перечень проблем,

365-

решаемых органами управления первичной сетью, а также структурами, ответственными за формирование мобилизационных резервов, на основе научно обоснованных процедур. Тем самым могут быть сокращены непроизводительные затраты материальных и технических средств, необходимые для обеспечения требуемых характеристик восстанавливаемости первичных сетей. Разработанные в диссертационной работе методы реализованы автором в виде законченных программных продуктов для ЕС ЭВМ и IBif-совместимых ПЭВМ, позволяющих проводить расчеты для сетей связи реальной размерности и структуры. Получены практически важные результаты;в части оценки потребности в средствах восстановления для магистральной первичной сети, электрических характеристик каналов в случае глобальной чрезвычайной ситуации, затрат времени на развертывание комплекса "Восстановление-2".

Реализация результатов. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, использованы ЦНШС в ходе одной опытно-конструкторской и трех научно-исследовательских работ при "разработке утвержденных Минсвязи СССР норм на каналы и тракты магист-^ ральной первичной сети в особый период, научно обоснованных рекомендаций по повышению устойчивости магистральной" первичной сети в чрезвычайных ситуациях, при оценке влияния чрезвычайных ситуаций" различного характера на первичные-сети, а также при системном сопровождении разработки комплекса "Восстановление-2".

Реализация результатов работы подтверждена соответствующими актами. .

Апробация работы. Основные положения -диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном семинаре ^Организация управления по предупреждению аварий, катастроф и ликвидации их последствий" (Москва, 1990 г.), юбилейной научно-технической конференции "Системы и средства телеобработки данных" (Велико Тырново, Болгария, 1989 г.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудников научно-исследовательской части и аспирантов МИС (Москва, 1991 и 1992 гг.), III военной научно-технической конференции Ленинградского высшего военного инженерного училища связи у(Ленинград, 1988 г.), научно-технической конференции молодых специалистов "Формировать, передача, прием и обработка сигналов в системах передачи информации" Ш1 НТОРЭС им. А.С.Попова (Черноголовка, 1988 г.), VI-IX конференциях молодых ученых и специалистов ЦНШС (Москва, 1988-90 гг.).

б

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в десяти печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и девяти приложений. Работа (без приложений) изложена на 121 странице машинописного текста, содержит 30 рисунков, 8 таблиц, список-литературы содержит 73 наименования.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. С точки зрения условий применения средств связи, чрезвычайные ситуации различного характера практически достаточно классифицировать по таким признакам, как наличие и объем разрушений объектов связи, достаточность имеющихся в зоне чрезвычайной ситуации средств связи, размеры зоны бедствия.

2. Для первичной сети небольшой размерности (например, внутризоновой сети) или для большой сети при сравнительно компактной зоне разрушений задача оперативного восстановления сети может быть поставлена как задача восстановления связности всех узлов сети, решаемая путем построения остова минимальной стоимости.

Для сети большой размерности при массированном разрушении ее объектов реально восстановление связности только отдельных основных направлений связи. Математически эта задача может быть решена путем построения дерева Штейнера для сети.

3. Для дерева Штейнера, построенного с помощью эвристического метода, возможно приближение к точному решению задачи Штейнера на графе путем локального улучшения в части привязки полюсов к дереву. Общая оценка трудоемкости метода при этом не возрастает.

4. Для канала ТЧ магистральной первичной сети стран Регионального содружества в области связи в условиях массированного разрушения сети и восстановления ее связности передвижными средствами связи в структуре номинальной цепи содержится 49 транзитных узлов (аналогично ГОСТ 21655-87), а также 37 врёменных радиорелейных вставок. Псофометрическая мощность суммарной аддитивной помехи в таком канале в течение 30% времени любого месяца не превысит 210000 пВтОп.

5. Метод PERT позволяет до получения достаточного опыта эксплуатации резервных сетевых узлов получить оценки затрат времени на развертывание таких технических средств и настройку каналов и трактов в них. Размерность сетевых моделей в этом случае может быть существенно снижена путем эквивалентного преобразования участков моделей, имехпих регулярную структуру.

SC5

ч

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цели, решаемые в ходе диссертационной работы, перечислены основные научные результаты.

В первой главе диссертации рассмотрены вопросы влияния чрезвычайных ситуаций (ЧС) различного характера на сети связи и предложена классификация ЧС по таким основным признакам, как наличие и объем разрушений объектов связи, достаточность имеющихся в зоне ЧС средств связи, а также размеры зоны бедствия.

По первым двум признакам ЧС разделены на четыре типа. К первому типу относятся те из них, при которых поврездения объектов связи (если они возникают) могут быть в короткие сроки ликвидированы. При этом имеющиеся в зоне ЧС средства связи обеспечивают удовлетворение потребностей, возникающих в ходе ликвидации последствий аварии (катастрофы). ЧС второго типа отличаются тем, чтс возможности имеющейся системы связи недостаточны для решения всех поставленных перед ней задач. В этом случае возникает необходимость в. развертывании в пострадавшем районе временной сети связи. ЧС третьего типа характерны тем, что сопровождаются разрушениями некоторых объектов связи, делающими невозможными восстановление из работы в короткие сроки. Сеть связи в районе ЧС в этом случае строится с использованием различных передвижных средств связи, взаимодействующих с сохранившимися и восстановленными стационарными объектами сети. ЧС четвертого типа - глобальные - сопровождаются значительными"разрушениями сети'на всем ее протяжении. Для организации связи в больших количествах привлекаются мобильные средства из мобилизационного резерва сетей связи.

С точки зрения размера зоны разрушений ЧС предлагается разделить на локальные и глобальные. Для локальных характерна зона разрушений, обычно не превышающая нескольких десятков километров. Ош захватывают внутризоновую первичную сеть и один или несколько объектов магистральной первичной сети. Территория, охваченная глобальной ЧС,составляет значительную часть территории страны.

Проведенные автором расчеты на сети-аналоге магистрально! ^первичной сети (СМП) ЕАСС показали, что при глобальной ЧС сет] х разрушается катастрофическим образом. В среднем она распадается н; 76 компонент со средним количеством узлов в компоненте - два Связность сохраняется в среднем для 1% выделенных на сети основны:

направлений сеязи. Для решения стоящих перед сетью связи задач должны привлекаться многочисленные передвижные средства связи.

Во второй главе рассмотрена задача оптимального восстановления связности первичной сети по критерию -минимума стоимости привлекаемых средств восстановления. Обоснована целесообразность решения этой задачи без учета ограничений, накладываемых на пропускную способность восстановленной сети. Такой подход основан на ограниченности задач, стоящих перед восстановленной первичной сетью на начальных этапах восстановительных работ, достаточно высокой пропускной способностью систем передачи СМП, а также необходимостью осуществлять восстановительные работы с помощью достаточно дешевых технических средств, не приносящих предприятиям связи дохода в период нормальной эксплуатации сети.

С точки зрения возможностей системы восстановления по отношению к масштабам .разрушений первичной сети предложены два подхода к определению требований по связности восстановленной сети. Связность должна быть восстановлена либо для всех узлов исходной сети, либо-только для некоторого подмножества узлов - полюсов. ПерЕый подход характерен•для внутризоновых сетей, а также для СМП при локальней ЧС. Он определяется тем, что возможности системы восстановления обеспечивают решение задачи обеспечения связности всех узлов. Второй подход целесообразен для СМП при глобальных разрушениях. Восстановление связности всех узлов сети разумным по составу комплексом средств восстановления в этом случае нереально. Связность межет быть обеспечена только для основных направлений связи, связывающих некоторое подмножество наиболее важных узлов сети.

Предложена математическая постановка задачи восстановления связностилервичной сети, формулируемая следующим "образом. Дан граф С=(7,Р,Е,с), где 7 - множество вершин, Ря7 - множество полюсов, причем для случая восстановления сеязности всех узлов сети ?=7,.в противном случае - Рс7, Е - множество ненаправленных ребер, - функция стоимости ребер, к - множество действительных чисел. Необходимо построить связный подграф С,=(7,,Р,Е,с), содержащий все полюса, причем 7,<=7, £,<=£, а стоимость 'всех ребер графа

в , определяемая как У см , должна быть минимальна.

(1.ЛеБ1

Стоимость восстановления ребра (1,3) можно рассчитать как

°и = 5и [СРРЛ + СП7С + Скоб + С71 + Ср} + 5{С{ + ■ (!)

365

°i = ьшр + суз ij + °уэ общ - • (2)

" z

где Cjj - стоимость восстановления ребра (i,J). C{ - стоимость восстановления части узла I, относящаяся к ребру (i,J), 5{^еСО,1) - признак работоспособности ребра, 5{€(0,1> - признак работоспособности узла I, Сррд - стоимость радиорелейной вставки в линию передачи, если таковая организуется, Сдуо~- стоимость привлекаемых передвижных питающих, усилительных или регенерационных станций, скаб ~ СТОИМОС1ГЬ используемых кабелей и кабельной арматуры, Ст -транспортные расходы, Ср - стоимость строительно-монтажных и настроечных работ, Сщр - стоимость линии привязки передвижного сетевого узла (РСУ) к работоспособной части линии передачи, рассчитываемая аналогично первому слагаемому в ф-ле (1), Су3 tj - часть стоимости технических средств РСУ, относящаяся только.к линии передачи (t,J), Су3 общ - часть стоимости узла, относящаяся ко всем организованным в нем линиям передачи, N^j - восстановленная емкость линии передачи. (i,J), - общая емкость передвижного сетевого узла. Компоненты стоимости узла ^ и С„3 общ включают в себя составляющие, соответствующие Ср и сщ. При таком способе определения стоимости ребер стоимости восстановления узлов распределяются между ребрами, инцидентными каждому разрушенному узлу.

В случае восстановления связности всех узлов сети (P=V) задача может быть "интерпретирована как хорошо известная задача о кратчайшем остовном дереве графа, решаемая, например, с помощью алгоритма Прима, имеющего оценку трудоемкости 0(п2), .где МЛ- В случае PcV задачу можно рассматривать как WP-полную задачу Штейнера на графах (ЗШГ), решением которой является дерево, обычно называемое деревом Штейнера. Для графов, имеющих размерность ,__СТШ России или в границах бывшего СССР, практически задача может решаться только приближенными эвристическими методами. Осуществлен выбор эвристики для решения ЗШГ в практике органов управления сетью - с учетом таких факторов, как точность, трудоемкость, простота реализации. Выбранный алгоритм основывается на разрастании дерева Штейнера Т путем присоединения к нему на i-м шаге алгоритма ближайшего полюса вместе с ребрами, входящими в кратчайший путь между полюсом и деревом. Присоединяемый полюс должен удовлетворять условию

min { B(J.Tt) | JeP \

где - фрагмент решения, полученный к 1-му шагу алгоритма

D(J,T) = min ( d(J,k) ) , а d{J,k) - длина кратчайшего пути W(J,k

кеТ V. i

между вершинами J и i.

Фактическая погрешность результата, получаемого с помощью данного алгоритма для практически важных сетей, значительно меныш теоретического верхнего предела, равного 2-2/р, р=|Р|, при трудоемкости, О(рп2).'Суммарная длина (стоимость) ребер дерева Штейнера, получаемого в результате применения этого алгоритма, зависит о: того, начиная с какого полюса строится дерево Т. Поэтому обычнс предлагается применить указанный алгоритм р раз, начиная с каждогс из полюсов сети, и выбрать дерево, имеющее минимальную стоимость. В этом случае трудоемкость алгоритма имеет порядок 0(р2п2), но, вообще говоря, достигается лучшее приближение к оптимуму.

Для повышения точности решения ЗШГ предложено осуществить локальную коррекцию получаемого дерева Штейнера, обеспечивающую выбор более оптимальной его структуры. Для каждого полюса из дерева, построенного обычным алгоритмом при произвольном начальном полюсе, необходимо поочередно удалять все пути, соединяющие этот полюс либо с другим ближайшим полюсом, либо с узлом, в котором дерево разветвляется. При этом дерево распадается ровно на две компоненты. После этого эти компоненты должны быть соединены путем с минимальной суммарной стоимостью ребер. Как показывает опыт использования модифицированного алгоритма, он имеет существенно меньшую зависимость получаемого решения от выбора начального полюса, чем исходный метод, и практически достаточно строить известным методом исходное дерево Штейнера, начиная с полюса, имеющего наибольшую-степень, а при локальном улучшении структуры дерева один раз просмотреть все полюса. Показано, что в ряде случаев с помощью предложенного алгоритма оказывается возможным получить решение, лучшее, чем обеспечивает обычная процедура при любом начальном полюсе.

Трудоемкость процедуры локального улучшения структуры дерева Штейнера имеет порядок также 0(рп3), что позволяет говорить о том, что порядок трудоемкости модифицированного метода не изменился. Фактическое время счета на сетях, близких к реальным, увеличивалось не более, чем на 30...40%, а оценка трудоемкости алгоритма составляла 0(.п2,3) при р«0,25п.

В третьей главе проанализированы методы получения оценок потребности первичной сети в мобильных средствах восстановления (РСУ, передвижных радиорелейных станциях ПРРС и др.). Показано,

о аналитические методы не позволяют удовлетворительным образом шать задачу, поскольку не учитывают зависимость потребности в едствах восстановления от распределения разрушений по сети. Меда же имитационного моделирования не только снимают эту пробле-но и позволяют получить важную дополнительную информацию.

Для получения методом статистического моделирования оценок 1требности в средствах восстановления, обеспечивающих связность ни связи в ЧС, предложена следующая процедура.

1. Накопление статистики. Необходимое количество раз выполня-•ся следующие операции:

1.1. Розыгрыш состояния всех элементов сети.

1.2. Определение стоимости восстановления работоспособности шедших из строя элементов сети по ф-лам (1), (2).

1.3. Оптимальное восстановление связности сети.

1.4-. Определение количества восстановленных узлов и ребер, исация факта восстановления отдельных вышедших из строя элемен-эв сети и накопление статистических данных.

2. Формирование выходной статистики - законов распределения эличества восстановленных узлов и ребер, стоимости восстановления зязности сети, условных вероятностей восстановления отдельных цементов.

При розыгрыше состояния 1-й элемент сети считается работоспо-эбным, если где р{ - вероятность работоспособности элемен-

а , - {-я реализация случайной величины с соответствующим за-оном распределения (чаще всего -равномерным на интервале [0,1]).

При определении стоимости восстановления ребер сети (ф-лы 1), (2)) целесообразно ориентироваться на типовые комплексы тех-ических средств, предназначенные для резервирования объектов свя-и того или иного вида. Сами комплексы описаны в приложении 4.

■ При моделировании предложено накапливать статистику по коли-еству восстанавливаемых сетевых узлов и линий передачи, по коли-еству восстанавливаемых линий'передачи отдельных типов, в том исле и с учетом линий привязки РСУ,по суммарной стоимости ребер, сшедших в восстановленную сеть, а также по количеству событий вы-ода из строя и восстановления для каждого узла и ребра сети, что ает возможность определить условные вероятности восстановления ля элементов сети.

По результатам расчетов могут быть построены эмпирические ин-егральные законы распределения Р*Ш, где Р* - вероятность вос-

становления связности, N - количество средств восстановления да

ного вида. По этим законам можно, например, определить количест

мобильных средств связи данного вида, необходимых для восстановл

ния связности сети с нормативной вероятностью Р . В случае, если

сети присутствуют разнотипные по стоимости восстановления ребр.

в качестве нормативной вероятности Р^ для ребер 1-го типа целее-т г—- 0

образно брать значение / Р0 , где т - число типов ребер.

Приведены примеры применения изложенной методики к разным о тям - сети небольшой размерности (33 узла) и сети-аналогу С! ЕАСС. Так, для сети-аналога СМП ЕАСС при Ро=0,9 определено, чг для обеспечения связности всех узлов сети при глобальной ЧС нео( ходимо восстановить в среднем 234. сетевых узла и 51 линию перед; чи. При этом средняя суммарная стоимость необходимых средств во< становления составит 605 млн. руб. в ценах 1991 г. В то же врем; при решении задачи обеспечения связности только полюсов необходт восстановить в среднем 35 узлов, 13 линий при средней стоимосч всех необходимых технических средств 227 млн. руб. При этом в пс следнем случае предполагается, что 100% полюсов привязываются сети с помощью передвижных средств связи. Определено также, ч: минимальная потребность в средствах восстановления линий передач и средств для привязки РСУ для коаксиальных и симметричных кабель ных линий и РРЛ составляет соответственно 20, 38 и 26 комплексов Для восстановления сетевых узлов необходимо иметь не менее 35 РСУ

Важные результаты дает анализ распределения узлов и ребер се ти по условной вероятности их восстановления в случае выхода их и строя. На сети выделяются 'три группы объектов - имеющих большу (более 0,7), среднюю (0,3...0,7) и малую (менее 0,3) условные ве роятности восстановления. При восстановлении связности только по люсов первая и третьи группы более ярко выражены, что позволяе получить ценную информацию для выбора мест размещения хранили средств подвижного резерва и снизить затраты времени на транспор тирование средств восстановления. В то же время, элементы с боль шой условной вероятностью восстановления представляют собой узки места сети с точки зрения структурной надежности.

В четвертой главе рассмотрены вопросы оценки электрически параметров каналов и трактов СМП в условиях глобальной ЧС.

Проанализировано влияние передвижных средств связи различны типов на электрические параметры каналов и трактов СМП. На баз опыта государственных испытаний комплекса "Восстановление-2" уста

ювлено, что РСУ практически не оказывает влияния на эти параметры. В то же время, временные кабельные и радиорелейные вставки в линейные тракты увеличивают мощность суммарных и собственных помех ЯТ и снижают защищенность от линейных переходных влияний между ЛТ.

Для участка ЛТ длиной 250 км наличие достаточно протяженной кабельной вставки приводит к увеличению мощности суммарных помех в полосе канала ТЧ при пересчете к ТНОУ на 500 пВтОп для К-3600, 375 пВтОп для К-1920П, 650 пВтОп для остальных применяемых в настоящее время на СМП систем передачи (VIT-1920, К-1020С, ВК-960, К-бОП).

Соответственно, уровень собственных помех восстановленного ЛТ, отнесенный к ТНОУ, в пределе составит 3,71 пВтОп . При 1=250 км уровень собственных помех ЛТ в полосе одного канала ТЧ будет равен 930 пВтО. Для стационарных ЛТ К-3600 и К-1920П норма составляет 280 пВтО и 450 пВтО соответственно.

Потеря защищенности от линейных переходов между направлениями передачи на 250-км участке ЛТ из-за наличия в нем кабельной вставки из гибких- кабелей по сравнению со стационарным ЛТ составляет даэ = 12 дБ для СП К-3600 и даэ = 8 дБ для СП К-1920П.

Псофометрическая мощность Р^ суммарных помех кабельного ЛТ, содержащего РРЛ вставку, в полосе канала ТЧ нормируется величиной

Р - р л. V + р

rZ ' K.-J2 хО гррм' кс"

где Р ^ = 31 пВтОп - мощность суммарных помех, вносимая кабельным участком ЛТ длиной 1 км, PQ - 1500 пВтОя - мощность суммарных помех, вносимых аппаратурой, обеспечивающей согласование кабельного ЛТ с аппаратурой РРС, РррМ = 200- мощность суммарных помех, вносимая РРЛ вставкой" длиной км, ю, пВтОп/км, - килсметри-ческая мощность суммарных помех РРЛ тракта при номинальной загрузке. Значение параметра w соответствует 80% времени любого месяца и для различных типов ПРРС составляет 50...250 пВтОп/км.

Для радиорелейного ЛТ, содержащего вставку на базе ПРРС,

р£ = Fcm + Р6Р'

' где Рат = 3 lcrrl, пВтОп - мощность помех, вносимая стационарной частью РРЛТ длиной км, = 20Om+wig пБтОп - мощность помех, вносимая построенной на ПРРС частью РРЛТ длиной км при количестве пролетов я.

В характерных случаях применения РРЛ встэбок приращение мощности суммарных помех участка ЛТ составляет 700...8S00 пВтОп в зависимости от длины вставки и типа ПРРС.

Уровень собственных помех ЛТ, содержащего РРЛ вставку, можн рассчитать как

р = 10 lg ¡ 0,8 ¡31 + 1700 + wlй ]], ДБОП.

СП "

Указанные нормы выполняются в течение 80% времени любого месяца.

Рассчитанная потеря защищенности входящего в номинальную цеп участка ЛТ длиной 250 км при включении РРЛ вставки составляв дад=13 дБ при норме 4Э=82,8 ДБ для СП К-3600 и ю3=9 дБ при норм Л3=78,8 дБ для К-1920П.

С помощью описанной в гл. 3 имитационной модели процессо разрушения и восстановление связности первичной сети на сети аналоге СМП ЕАСС были исследованы особенности структуры максималь ных по протяженности каналов ТЧ и сетевых трактов в границах быв шего СССР (сейчас - для взаимоувязанной сети связи стран РСС) Анализ результатов моделирования показывает,- что с вероятность: 0,9 количество транзитов в схеме одного канала (тракта) СМП пр: глобальной ЧС не превысит 45, а не более 49 транзитов (в соответ ствии с ГОСТ 21655-87) в сети будет с. вероятностью 0,97. Иным : _словачи, результаты моделирования свидетельствуют о том, чтл да. условий глобальной ЧС для СМП может быть использована существующа, структура номинальной цепи канала ГЧ (сетевых трактов). При эта общее количество радиорелейных вставок в канал, тракт с вероятностью 0,9 не превысит 37. Из этого числа количество вставок в кабельные линшГ составляет 20 (13 в коаксиальные ЛП и 7 симметричные), в РРЛ при восстановлении повреждения РРЛТ - 7, при привяз» _ - стационарной РРЛ к РСУ - 10.•

Результаты расчетов позволили построить номинальные цепи канала ТЧ и сетевого тракта СМП. Учитывая, что номинальная цепь канала ТЧ состоит из пяти простых каналов длиной по 2500 км, на одш участок, транзита по ТЧ приходится по 4- РРЛ вставки в кабельные линии передачи длиной по 10 км, по две вставки в РРЛ при привязю РСУ длиной по 40 км и в трех простых каналах по одной, а в двух -по две вставки длиной 80 км, восстанавливающие поврежденный РРЛТ.

Для описанной структуры номинальной цепи канала ТЧ были определены оценки электрических параметров, изменяющихся при включенш в сеть значительного количества мобильных средств связи.

С учетом значения ?2нодд=43475 пВтОп по ГОСТ 21655-87 (да систем передачи, обеспечивающих мощность суммарных помех : пВтОп/км) восстановленный с помощью РРЛ вставок в условиях гло-

бальной ЧС канал ТЧ при использовании средних по параметрам ПРРС "Комплекс" при номинальной загрузке в 80% времени любого месяца будет иметь мощность суммарных помех не более 210000 пВтОп. Собственные помехи ЛТ из-за наличия РРЛ вставок по сравнению с нормами ГОСТ 21655-87 возрастают примерно на 261000 пВтО. Определено, что для случая глобальной ЧС целесообразно принять в качестве нормы на защищенность от переходных влияний сетевого тракта вне зависимости от его порядка значение 52 дБ, для канала ТЧ - сохранить норму ТОСТ 21655-87 - 48 дБ.

Определены также ориентировочные оценки достоверности передачи дискретной информации по каналу. Расчеты велись для частотно-модулированного сигнала со скоростью передачи 1200 бит/с, имеющего мощность 32 мкВтО (-15дБм0). При относительном времени действия импульсных помех и кратковременных пропаданий уровня сигнала, ориентировочно оцениваемых как 2,2-10"5 и 8,8-10~5 соответственно, коэффициент ошибок составит 9,2-10~5 при норме 5-10~г. Рассчитан также справочный параметр - вероятность превышения коэффициентом ошибок значения 5-10"1 из-за глубоких замираний в РРЛ вставках. Его значение составило Р ^г^б-Ю"4! = 1,54-Ю"4.

В пятой главе рассматривается задача априорной оценки затрат времени на ввод в действие РСУ. Актуальность задачи подтверждается наличием РСУ, специально разработанного для СМП (комплекс "Восста-новление-2"), для которого отсутствует достаточный опыт эксплуатации. Кроме использования при оценках оперативности системы восстановления, методы расчета времени развертывания могут быть применены для оптимизации их структуры новых поколений РСУ.

Показано, что указанная задача может быть эффективно решена с помощью методов сетевого планирования управления, в частности -метода РЕНТ. Его использование позволяет получить также •вероятностные оценки зaтp¿т времени, учитывающие имеющие место на практике неопределенности продолжительности отдельных операций.

Предлагается сетевые модели процесса развертывания строить с использованием обобщенной сетевой модели, которая учитывает общую последовательность действий при развертывании РСУ и особенности построения комплекса технических средств, характерные для РСУ всех типов. Для уточнения обобщенной сетевой модели применительно к конкретному РСУ с целью учета количества аппаратных и состава их аппаратуры,, численности персонала, количества рабочих мест в аппаратных, количества организуемых каналов и трактов, особенностей

схемы организации связи и др. разработаны практические рекомендации. Используемая сетевая модель позволяет также определить требования к срокам готовности технических средств, обеспечивающих привязку РСУ к стационарным линиям передачи, что имеет большое значение для правильного построения алгоритма функционирования системы восстановления первичной сети в целом.

Установлено, что сетевые модели, отражающие процесс развертывания и настройки РСУ, содержат фрагменты с регулярной структурой. Доказана возможность существенного снижения размерности таких фрагментов и сетевых моделей в целом с использованием эквивалентных преобразований. Применительно к комплексу "Восстановление-2" количество вершин в сетевой модели после применения разработанных эквивалентных преобразований снизилось почти на два порядка.

Получены оценки затрат времени на развертывание комплекса "Восстановление-2". Установлено, что определяемым процессом развертывания РСУ требованиям к срокам готовности средств привязки РСУ при значительной длине линии привязки удовлетворяют только передвижные радиорелейные станции, причем развертывание их должно начинаться раньше развертывания самого РСУ.

Определены также некоторые подходы к оптимизации процесса нат стройки каналов и трактов РСУ по критерию минимума затрат времени на Еесь процесс и на отдельные его этапы. При этом использован аппарат теории расписаний. Показано, что эта задача для типичного РСУ или стационарного ЛАЦ может быть рассмотрена как циклическая конвейерная задача теории расписаний вида n | m | i* | i'770;r при т=2.

В заключении приведены основные результаты, полученные в ходе -диссертационной работы. :

В приложениях описаны алгоритмы и пакеты прикладных программ, разработанные в ходе диссертационной работы, и некоторые результаты расчетов, приведены перечни технических средств, используемых при восстановлении объектов СМП, дается расчет увеличения мощности шумов кабельного ЛТ из-за PPJI вставки, а также доказывается • озмож-ность эквивалентных преобразований участков сетевых моделей, имеющих регулярную структуру, и приводится таблица предлагаемых преобразований. Приведены также документы о внедрении результатов диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения диссертационной работы получены следую-ие основные результаты:

1. Разработана классификация чрезвычайных ситуаций по услови-м применения средств связи.

2. Поставлена задача оптимального восстановления связности ервичной сети по критерию минимальной стоимости используемых- мо-ильных средств связи и предложены алгоритмы ее решения, отвечаю-ие требованиям их практического применения по точности, трудоем-:ости, реализуемости на наиболее распространенных типах ЭВМ.

3. Для решения проблемы оптимального восстановления связности |Сновных направлений связи СМП разработана модификация известного риближенного метода решения задачи Штейнера на графах. Модифици-юванный метод обеспечивает повышение точности расчетов при сохранили порядка трудоемкости.

4.. Предложена процедура решения задачи оценки потребности [ервичной сети в средствах восстановления на основе методов имита-иоеного моделирования. Проведены вычислительные эксперименты на :етях различной размерности, в том числе - на сети-аналоге СМП в границах бывшего СССР. Обоснована постановка задачи восстановления ¡вязности СМП в условиях глобальной чрезвычайной ситуации как про-Злемы обеспечения связности только основных направлений связи.

5. Определены отличия номинальных цепей канала ТЧ и сетевых трактов СМП в условиях глобальной чрезвычайной ситуации от цепей, 1риведенных в ГОСТ 21655-87,-и рассчитаны значения основных электрических параметров каналов и трактов.

6. Разработаны процедуры получения априорных оценок затрат зремени на развертывание резервных сетевых узлов и настройку в них каналов и трактов, что открывает возможность определения временных зараметров процесса восстановления первичной сети.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ '

1. Восстановление связности сети связи при выходе из строя узлов и линий передачи // Электросвязь, 1991, N8, с.11-13. Соавтор Мешковский К.А.

2. Оценка потребностей в мобильных средствах восстановления сети связи // Электросвязь, 1992, N 10, с. 31-35. Соавтор Мешков-

ский К.А.

3. Пакет прикладных программ для оценки связности сети связ методом статистических испытаний // Сети с интеграцией служб: Сб научн. трудов. - М., ЦНИИС, 1990 г., с".3-9.

Д. Подход к применению метода PERT для анализа процесса раз вертывания передвижных сетевых узлов // Местные и междугороднт сети связи: Сб. научн. тр.-М, ЦНИИС, 1938, с. 32-40.

5. Продолжительность процесса развертывания передвижного сэ-тевогог узла // Автоматизированная система оператявно-техническоп управления магистральной первичной сетью ЕАСС: Сб. научн. тр. -М., ЦНИИС, 1988, с. 46-55 (для служебного пользования).

6. Выбор оптимального порядка настройки каналов и трактов ЛА1 как задача теории расписаний // Проектирование сетей связи и качество обслуживания: Сб. научн. тр. - М., ЦНИИС, 1989, с. 38-49.

7. Комплекс технических средств для резервирования сетевые узлов на магистральных линиях передачи по кабелям с симметричным!! параш //-Автоматизированная система оперативно-технического управления магистральной первичной сетью ЕАСС: Сб. научн. тр. - М., ЩШС, 1988, с. 33-41 (для служебного пользования).

3. Получение априорных оценок затрат времени на развертывание передвижных узлов связи с применением метода PERT // III военная научн.-техн. конференция: Тез. докл. и сообщ. - Ленингр. высш. военное инженерное училище связи. - 1988, с. 29-30.

9. Сравнение различных вариантов организации процесса настройки каналов и трактов передвижного сетевого узла по критерию минимума затрат времени-//" VIII научн.-тех. конф.молодых ученых и спец-тов ЦНИИС: Тезисы докладов. - М., 1988, с. 3-4. Соавтор -Быковская М.В.

10." Оптимальное восстановление заданных направлений в сети связи при выходе из строя сетевых узлов // Научн.-техн. конф. . молодых спец-стов "Формирование, передача, прием и-обработка сигналов в системах передачи информации". Моск. гор. правление НТОРЭС им. А.С.Попова: Сб. тезисов. - М., 1988, с. 13.

Подписано в печать 10-II.93. Формат 60x84/16. Печать офсетная Объем 1,0 усл.п.л. Тираж 100 экз. Заказ 365 . Бесплатно.

Отдел оперативной печати МТУСЙ. Москва, ул. Авиамоторная, 8