автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Реконфигурация первичной сети радиосвязи основных абонентов АСУ общего назначения в условиях динамики нагрузки

4841)3 ю

Г

ЗИМИН НИКОЛАИ ГРИГОРЬЕВИЧ

РЕКОНФИГУРАЦИЯ ПЕРВИЧНОЙ СЕТИ РАДИОСВЯЗИ ОСНОВНЫХ АБОНЕНТОВ АСУ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ДИНАМИКИ НАГРУЗКИ

Специальность: 05.12.13 Системы, сети и устройства

телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2011

1 О МАР 2011

4840316

Работа выполнена в МОУ «Институт инженерной физики» (г. Серпухов)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Ковальков Денис Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Полушин Петр Алексеевич

кандидат технических наук, доцент Смородов Павел Сергеевич

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

Защита состоится « » _ 2011 года в __ на заседании

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.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета

Автореферат разослан «_»_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 212.025.04

доктор технических наук, профессор

А.Г. Самойлов

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Современный этап научно-технического прогресса характеризуется возрастанием объема информации, поступающей к руководителю производства и необходимой для принятия обоснованного управленческого решения. Повышение эффективности управления в настоящее время невозможно без использования автоматизированных систем управления (АСУ), основанных на применении информационных технологий, и прогрессивных математических моделей управления. При этом в АСУ между ее основными абонентами используются обмен данными между специализированными устройствами (звеньями управления (ЗУ)), речевой обмен и межкомпьютерный обмен (МКО). ЗУ обладают высшим приоритетом.

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 системы спутниковой связи, сети коротковолновой связи, сети связи метрового диапазона. Для общности АСУ такого типа будем именовать АСУ общего назначения (ОН), а также положим (не снижая общности), что ее первичная сеть строится на базе сети связи метрового диапазона. Сеть АСУ ОН реализует коммутацию пакетов.

Каналы метрового диапазона могут быть подвержены воздействию помех других радиосредств (PC) вследствие недостаточной координированно-сти работы частотно-диспетчерских служб различных министерств, агентств, ведомств и служб. Такие воздействия могут приводить к тому, что отдельные каналы АСУ ОН могут поразиться на некоторое время, зависящее от длительности режима работы мешающих PC. Таким образом, топология рассматриваемой сети в случае воздействия помех динамически изменяется.

Вопросам построения сетей с коммутацией пакетов большое внимание уделено в школах таких ученых как Якубайтис Э.А., Цыбаков B.C., Лазарев В.Г., Бутрименко А.И., Глушков В.М., Мизин И.А., Самойленко С.И., Шаров А.Н., Олифер В.Г., Присяжнюк С.П., Цимбал В.А., Шиманов С.Н., Клейнрок Л., Дэвис Д., Барбер Д. и другие.

Базовым приемо-передающим комплексом (ППК), на основе которого строится сеть АСУ ОН, является ППК типа «Бутон». Основным принципом построения ППК типа «Бутон», используемых в узловом режиме функционирования цифровой сети АСУ ОН, является применение незакрепленных разделяемых во времени и пространстве цифровых потоков (незакрепленных каналов с адаптируемой по помеховой обстановке скоростью передачи информации). При этом цифровой поток представляет собой временной кадр, разделенный на некоторое число временных окон, каждое из которых представляет собой единичный цифровой канал (ЕЦК) связи с наименьшей пропускной способностью (1200 бит/с). Пакет, помещаемый во временном окне, для всей сети является стандартизованным и представляет собой коммутируемую единицу информации. Для обеспечения такой коммутации в узлах сети имеется соответствующее коммутационное оборудование. Отметим, что

на такой первичной цифровой сети связи осуществляется только коммутация каналов. Реализация функций временного каналообразования и коммутации в ПГЖ обеспечивает гибкое перераспределение коммуникационного ресурса ППК между направлениями связи и, в частности, легко позволяет реализовать рокадные связи в сети.

В области разработки и создания систем связи с незакрепленными каналами накоплен большой опыт. Организациями, имеющими серьезные разработки по таким системам связи, являются ОАО «Концерн «Созвездие»», ФГУП НПО «Импульс», ЗАО НИВЦ АС, НПО «Элас» и др.

В иерархии вложенных отношений, реализуемых в сети АСУ ОН, можно выделить две независимые структуры. Одна из этих структур, называемая первичной сетью связи, охватывает вопросы организации связи магистральных направлений сети. Другая структура - вторичная сеть связи, создает однородную нагрузку на первичную сеть и посредством внутреннего алгоритма работы узлов сети (комплекса управления связью (КУС)) реализует функции сетевого уровня обслуживания разнородных абонентов за счет реализации процедуры маршрутизации пакетов.

В условиях помеховых воздействий на каналы сети АСУ ОН и в условиях динамики нагрузки её основных абонентов способы использования обходных каналов, основанные на известных протоколах маршрутизации в силу изменения пропускных способностей отдельных направлений, являются неоптимальными. Применение известных методов решения такой оптимизационной задачи в условиях целочисленности получаемого решения- недопустимо по причине большой размерности задачи.

В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: с одной стороны, необходимость выполнения требований по организации сети связи АСУ ОН с заданными показателями качества информационного обмена формирует потребность использования обходных (рокадных) каналов, что в априори позволит достичь выполнение этих требований, а с другой- не существует эффективного по оперативности и оптимальности метода выбора эффективного способа маршрутизации, вводимого за счет рокадных связей.

Разрешение этого противоречия заключается в разработке программно-математического и методического аппарата, позволяющего решать задачу о рациональной- максимально близкой к оптимальной (в условиях ограничения на оперативность решения) организации связи в АСУ ОН при ее интенсивном структурном изменении.

Поэтому актуальной является тема диссертационной работы «Реконфигурация первичной сети радиосвязи основных абонентов АСУ общего назначения в условиях динамики нагрузки».

Объектом исследования является первичная сеть связи метрового диапазона АСУ общего назначения.

Предметом исследования являются методы, способы, алгоритмы оперативной реконфигурации первичной сети связи.

Целью работы является повышение надежности установления соединений абонентов сети радиосвязи метрового диапазона АСУ общего назначения в условиях динамики нагрузки.

Научной задачей является разработка научно-методического аппарата оперативной рациональной реконфигурации сети радиосвязи метрового диапазона АСУ ОН в условиях изменения нагрузки и воздействия на сеть.

Для достижения цели работы в ней ставятся и решаются следующие подзадачи:

Анализ особенностей функционирования существующей и перспективной первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН и динамики нагрузки в ней.

Разработка процедуры решения задачи динамической реконфигурации первичной сети связи и её реализация посредством использования нейросе-тевых технологий.

Анализ эффективности применения и реализуемости нейросетевого контроллера, реконфигурирующего первичную сеть радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН в условиях динамики нагрузки.

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

1. Математическая модель нейросети, распределяющей коммутируемый коммуникационный ресурс первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН.

2. Алгоритм обучения нейросети, распределяющей коммутируемый коммуникационный ресурс первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН.

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

1. Разработан новый математический аппарат, позволяющий оперативно решать задачу о реконфигурации первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН, в основе которого лежит ассоциативная нейросеть особой структуры. Для обучения такой нейросети используется новая, неизвестная ранее, оригинальная методика, основанная на разработанном в диссертации алгоритме, что, в конечном итоге, позволяет повысить надежность установления соединений абонентов сети радиосвязи метрового диапазона АСУ ОН в условиях динамики нагрузки.

2. Впервые предложены схемотехнические решения, позволяющие реализовать модифицированную нейросеть Хопфилда, используемую в качестве решателя в процедуре формирования плана связи на коммутируемой первичной сети в условиях динамики связности и нагрузки.

Достоверность и обоснованность разработанного научно-методического аппарата подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории нейронных сетей, теории телетрафика, теории случайных процессов, математиче-

ской статистики и моделирования систем и, кроме того, подтверждается получением при определенных условиях и допущениях частного решения, являющегося результатом применения ранее известных методов.

Практическая значимость результатов диссертационных исследований обусловлена тем, что они доведены до уровня схемотехнических решений и позволяют на стадии проектирования и эксплуатации закладывать в программное обеспечение комплекса управления связью (КУС) АСУ ОН процедуры оперативной корректировки плана (реконфигурации) организации первичной сети связи в условиях динамики связности и нагрузки. Использование данных результатов позволяет внедрить в перспективную радиосеть АСУ ОН процедуру оперативной реконфигурации первичной сети радиосвязи, а также получить выигрыш в надежности установления соединений между абонентами радиосети связи АСУ ОН в условиях динамики топологии и нагрузки в целом до 10% по сравнению с применяемой в настоящее время процедурой динамической маршрутизации.

Результаты работы реализованы:

1. В ЗАО «НИВЦ АС» в рамках ОКР «Отлучка» при разработке алгоритма управления коммуникационным ресурсом в ССС специального назначения при реализации функции оперативного формирования типовых подсетей (акт о реализации ЗАО «НИВЦ АС» от 08.09.2010г.).

2. В МОУ «ИИФ» при разработке системотехнических решений подсистемы перераспределения коммуникационного ресурса автоматизированного узла связи сети связи специального назначения в рамках ОКР «Решка -ИИФ» (акт о реализации МОУ «ИИФ» от 10.10.2010г.).

3. В СВИ РВ использованы в учебном процессе института по кафедре «Автоматизированные системы управления и связи» (в ходе дипломного проектирования и при изучении дисциплины «Информационные сети и телекоммуникации») (акт о реализации СВИ РВ от 02.09.2010г.).

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на: 17 НТК различного уровня, в том числе 8 Международного уровня, 5 Всероссийского уровня, 4 Межрегионального уровня. Опубликованы в 29 работах, из них: 17 статей в научно-технических сборниках и журналах, две из которых опубликованы в журнале из перечня ВАК, тезисы 6 докладов, 2 отчета об ОКР, 3 отчета о НИР, 1 патент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка научных источников и приложения, изложена на 116 страницах машинописного текста. Список научных источников содержит 97 наименований.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель, научная задача, объект и предмет диссертационных исследований, а так- же основные научные положения, представляемые к защите. Показана научная новизна, практическая значимость и достоверность результатов исследований. 4

В первом разделе проведен анализ особенностей функционирования существующей и перспективной первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН и динамики нагрузки в ней. В результате анализа выявлено, что:

1. Звенья управления (ЗУ) АСУ ОН требуют наличия между собой постоянно закрепленных каналов со скоростью передачи информации не менее 1200 бит/с; речевые абоненты и абоненты МКО способны вести между собой информационный обмен в режиме предоставления каналов по требованию. При этом информационная нагрузка абонентов последних двух типов достаточно неоднородна (нестационарна) в течении суток.

2. Ключевым направлением создания новых ППК метрового диапазона для информационной сети основных абонентов АСУ ОН является применение метода временного разделения цифрового потока «по передаче» и «приему» с коммутацией каналов (временных тайм-слотов) в узлах сети (УС) полнодоступным способом. Такой подход легко позволит формировать каналы связи с переменной скоростью передачи. Обеспечение требуемой помехозащищенности направления радиосвязи ППК к помехам различной природы, осуществляется за счет использования сигналов с расширением спектра, в частности, сигналов с ППРЧ.

3. Анализ динамики нагрузки основных абонентов радиосети метрового диапазона АСУ ОН выявил, что минимальный интервал между сообщениями пользователей равен 20...30 секунд, минимальная длина сообщения составляет около 200- 500 бит, возможна передача длинных (многопакетных) сообщений до 20 Кбит и более.

При этом, постановку задачи о повышении надежности установления соединений абонентов сети радиосвязи метрового диапазона соединения ПГРК в условиях динамики нагрузки и помеховых воздействий может быть представлена следующим образом. Пусть сеть связи задана посредством следующих множеств:

- множества УС -{{/,},/ = I,..п, где п- количество УС,

- множества прямых дуплексных каналов связи - = между этими УС, составляющих базовую первичную сеть связи,

- множества матриц тяготения {АЛ(},г = 1,..и, [Л/í:I] = ^7>•1,i>,..,7>;'',^, которые отражают потребности каждого УС в общем количестве ЕЦК в направлении с каждым смежным УС.

Тогда, необходимо найти такой способ организации связи кото-

рый бы максимизировал коэффициент готовности установления вторичного соединения внутри сегмента сети связи АСУ ОН за отведенное для принятия решения время:

Л1& :С. = Д{и}Л^},{М1})}) -» шах

\х!

£ Т,„

где К'мт уста11 тор ат) -это коэффициент готовности канала, выделяемого под установление соединения между абонентами вторичной сети (вероятность того, что для удовлетворения интересов вторичной сети будет выделен канал, организованный первичной сетью), зависящий от выбранного плана проключения каналов первичной сети ({-V*}); {X'} - множество псевдооптимальных проключенных маршрутов, каждый элемент которого равен пропускной способности ¡-го маршрута (выраженного в ЕЦК), 1 = 1,.Л,¿-общее количество маршрутов внутри заданной топологии {{{/,},/'= 1,..и, {&}}.

Исходно сеть связи обеспечивает 100% заявленных потребностей, выдвинутых от абонентов сети, то есть любая заявленная потребность в выделении канального ресурса удовлетворяется с вероятностью 1

(К™¡яви«.етор.аш>= мах( ~ ^) )• При деградации сети связи возникает «ущемление» некоторых потребностей абонентов (применяется дифференцированный, в зависимости от статуса заявки и статуса абонента, имеющего такую заявку, селективный отказ в предоставлении канального ресурса). Причем такое действие естественным образом уменьшает значение К„т уст1т т,р сжл так как он является интегральным показателем качества связи всего рассматриваемого сегмента сети связи. Особенностью этого процесса является то, что потеря в запрашиваемом направлении одного и двух ЕЦК не является линейно пропорциональной (т.е. ущерб(2х)*2-ущерб(1х)). Это мотивируется тем, что ухудшение помеховой обстановки вынуждает переназначать каналы, выделяемые под ЗУ с целью увеличения вероятности доставки сообщения. Так, если в обычное время такая связь требует лишь 1 ЕЦК, то в иных условиях, для выполнения требования по надежности доведения сообщения, такая связь может задействовать весь предоставляемый направлению связи коммуникационный ресурс (пропускную способность).

Для организации связи в сегменте сети связи необходимо решить задачу о нахождении такого плана организации прямых и транзитных каналов связи, который бы максимально удовлетворял потребности участников информационного обмена в выделенных каналах с требуемой пропускной способностью (выраженной в ЕЦК) с учетом приоритета запрашиваемой связи, и на фоне выполнения этого условия реализовывал бы какой-либо дополнительный принцип рационального распределения каналов, а именно:

1. Принцип равномерного распределения каналов между узлами связи (при небольшой деградации).

2. Принцип минимизации «ущемления» самого «обделенного» абонента (при существенной деградации сети связи), что гарантирует реализацию связи абонентам самого высокого приоритета.

В таких условиях целевая функция показателя качества организуемой сети связи может быть представлена в виде:

А"/" а о,/ = = йй, Л-/" < Гг/'М - = Гп.у * I

(О

В качестве дополнительного условия рациональности решения можно принять требование минимума вариации (23) доли удовлетворенного запроса (т.е. максимально равномерное распределение однородных запросов для слу-

чая небольшой деградации):

ч%

пип(/)), /,_/ = I,,.п (X)

(2)

или требование минимизации максимальной доли необеспеченности канальным ресурсом одного (самого необеспеченного каналами) из всех УС (при существенной деградации сети связи): т!п(тах(Л'/ / Тг')) (3)

Второй раздел посвящен разработке процедуры решения задачи о распределении коммуникационного ресурса системы радиосвязи основных абонентов АСУ ОН, в основе которой лежат нейросетевые технологии построения ассоциативных нейросетей.

Показано, что в основе такой процедуры может быть использована динамическая система, отражающая в своей структуре принцип разделения общего распределяемого коммуникационного ресурса.

Так, для трех конкурирующих маршрутов с пропускными способностями У), У2> Уз Для сегмента сети связи АСУ ОН с тремя направлениями связи, каждое из которых состоит из Х1 ЕЦК, такая динамическая система выглядит следующим образом (см. рисунок 1).

Так как при выполнении функции вычитания может оказаться, что продуцируемый результат будет отрицательным, то необходимо после блоков вычитания поставить блоки полулинейной функции, отсекающей отрица-(х,х>0,

тельные значения

0,х<0.

II

|пЬ№ '

........' -■■■411

/л«» ] '

.....

: '^ц ; |<)Н-Ч: __ I ~~.....^Н

ИН-Р !

У,

I У, - г,

Рисунок 1 — Динамическая система распределения коммутируемого ресурса

Пусть ut - вход i~oü функцииf(x), а у' - её выход на j-м шаге эволюции. Тогда справедливо:

В работе найдены и доказано утверждение об условиях сходимости эволюционных процессов такой динамической системы. Так изменение выходов прекратится, если аргументы всех функций «min» равны между собой в рамках каждой из этих функций.

В работе для перебора устойчивых состояний такой системы предложен начальный долевой принцип участия распределяемого ресурса в каждом из маршрутов. Так, схема, реализующая предлагаемый принцип, представима в следующем виде (см. рисунок 2).

Для случая окончания эволюции в работе доказана сингулярность получаемой системы уравнений относительно вводимых весов и предложен способ её разрешения через один или несколько неизвестных аргументов. Получаемые при этом выражения для w, можно свести к двойным неравенствам относительно верхней и нижней допустимых границ каждого веса. Ключевым в предложенной методике является условие ограничения допустимого значения любого веса, связанное с долевым вхождением каждого ресурса в каждый маршрут. Так для предлагаемого примера такая система и её решения представлены ниже (см. (5) и (6)).

.XI ■ и>, - у2 = X 2 ■ w2 - yt, о

= X3-w,-y2- (5)

¡-У, + 0+ yt = X3-(l-w3)~ ¡0-y2 + = X2-w2-(-y, + y2 + 0-X3-w,-X2-(\-w2).

t

nh —W

HaHBfc

В

©

Рисунок 2 - Модификация исходной схемы с учетом весового смещения

. . [и'. <1, \2-X2-w,-Х2 + XI-ХЗ + г-ХЪ-щ <2-Х\, «-,£0,1« ' 2 3 о

1 1 J [и», ^ 0; [2-Х2-™2~Х2 + Х\-ХЗ + 2-ХЗ-ч>)>0;

Х1 + Х2-ХХ _ Л'З , ХЗ + Х2 + Х]

^-<-н>2 +--и>3 <-

2-Х2 Х2 2-Х2

Учитывая требования по целочисленности получаемого решения (У,) ограничение типа (6) дополняется ограничениями:

у, = -■(Х\ + Х2-ХЗ)-Х2-»г+у, о 2у1 = X ] + X 2 - X 3 - 2 ■ X 2 ■ ч>г + 2 ■ у, =>

Х1,Х2,ХЗ ,у,,у,ег~ 1

• 2-А'2-№2

<=> »>2 =-

Х220,И'2 >0.ге(0,1..оо] 2-Х2

(7)

уг =— (-Х2 + Х]~ХЗ) + ХЗ^} + у, о 2-у1 = 2-ХЗ-м>1 + 2у1-Х2 + Х\-ХЗ'-

АГЗ>0,»а>0,^е|0.1..ао]° ^ 2-ХЗ

Х1,Х2,ХЗ ,уг,у,ег

Дня реализации изоляции весового участия в последующих циклах эволюции в работе предложен механизм такой реализации, а система уравнений

относительно весов для условий окончания эволюции примет вид (8).

[ у'," =

у{2 ~ тт(х2(1 - и'2),х,н'3), у^ =гшп(х,(1-и>,),*,(] - и-,)).

У\

Уг

Уз

/ > 2

/> 2

¡>2

= тш (х.-уГ'.Ъ-уГ),

х>-У? = *2~У?

■у!" = Х,

■Уз

/ > 2'

¿>2

/ > 2

(8)

Порядок её решения и нахождения корректных границ для значений весов аналогичны описанным выше и подробно приведен в работе.

Такая динамическая система представляет собой модифицированную нейронную сеть с Хопфилдовской архитектурой (см. рисунок 3). Специфика этой сети заключается в том, что матрица весов обратных связей является несимметричной, асами веса в процессе эволюции динамически изменяются.

а) б)

Рисунок 3 - Известная структура сети Хемминга (а) и предлагаемая структура нейронной сети (б)

Для таких условий алгоритма обучения НС, дающего устойчивый результат эволюции, не существует. Кроме того, реализация процедуры изоляции вектора начального смещения делает предлагаемую НС схожей с Хем-минговской архитектурой ассоциативных НС. В работе найден математический аппарат, представляющий собой алгоритм обучения указанной НС (см. рисунок 4), позволяющий: находить целочисленное решение, находить корректное решение с позиций выполнения всех ограничений исходной задачи, в том числе и по требуемому обеспечению коммуникационным ресурсом, выявлять все возможные корректные варианты решения за конечное число итераций, т.к. известен объем такого продуцируемого множества решений.

Количество устойчивых состояний такой сети определяется блоками, реализующими функцию активации. Для предлагаемой НС количество таких решений совпадает с количеством полулинейных функций, каждая из которых соответствует элементу составного маршрута. Для типового сегмента сети связи АСУ ОН количество таких аргументов равно 132. Порядок перебора получаемых решений определяется изменением как начального смещения, так и глубиной анализируемой эволюции сети. При этом уже при глубине эволюции, равной 1 и 2 итерационным процессам, количество найденных решений соответствует 80% всех корректных решений.

Начальная задача о нахождении плана связи в полносвязном сегменте сети связи АСУ ОН с четырьмя УС, приобретает вид комбинаторной задачи, количество приемлемых значений в которой равно: 13212-Z, где 132 - количество вхождений элементарной связи в полный план организации связи для 60 маршрутов (количество полулинейных функций в решателе), 12 - количество направлений-участников дележа превосходящего заданный объем ресурса, Z- максимальный объем распределяемого, превосходящего заданный объем, ресурса.

Синтез предлагаемой двухуровневой (один уровень для решения непосредственно задачи распределения коммуникационного ресурса, второй - для перераспределения избытка отдельных направлений) нейронной сети, каждый уровень которой представляет собой модифицированную сеть Хеммин-га, обученной в рамках описанного подхода, позволяет решать задачу о распределении коммуникационного ресурса первичной сети в реальном масштабе времени!

Для быстродействия в 100 тыс. циклов эволюции существующих микросхем ассоциативных нейросетей, при значении Z = 12 ЕЦК , время получения всех базовых решений по критерию (1) составит менее 0.2 сек. Для примера, одно базовое решение, получаемое в «Excel» на ЭВМ класса «Pentium-4» с помощью встроенного решателя для тех же условий (полносвязная сеть с 4-я УС), составляет » 2 часа .

Такой подход позволяет использовать полученное множество базовых решений для применения вторичного критерия оптимальности (2) или (3) в масштабах реального времени цикла управления сегментом сети связи.

....... -....... т_____________________________________2

ввод к - глубины эволюции НС

.............-.......* -------------------3-

Составление системы уравнений относительно (»с/,..,»1>):

Я1" = 1Ып(х,И'1,*2и>2), ' ' (е[2Д] v ' 3 2 Л '

. п ..^(Х.-уГЛ-У^),

¡е|2 ,к] 4 '

И12Д1

~ У, У т.

Преобразование полученной системы к алгебраической системе уравнений и её

решение относительно и>.

+ ' 5

Выражение IV, через найденные комбинации I базовых мг1 и нахождение условий их | корректности

...

Поиск максимально и минимально I ! допустимых значений для (аналогично (6) |

Поиск допустимых значений ил исходя из требований по целочисленности>' (аналогично (7))

п:«..........".....".....~

конец

Рисунок 4 - Алгоритм обучения разработанной нейронной сети

В третьем разделе проведен численно-графический анализ эффективности предлагаемого математического аппарата.

В качестве альтернативы предлагаемому способу фиксированной маршрутизации выступал алгоритм поиска кратчайшего пути - алгоритм Дейк-стры и алгоритм Флойда. Были введены следующие ограничения: р\ - вероятность поражения помехами ЕЦК в прямом направлении, р2 - вероятность поражения помехами ЕЦК в рокадном направлении.

Тогда варианты частичной или полной деградации отдельных элементов радиосети АСУ ОН, для которых предлагаемый способ дает выигрыш, представимы следующим множеством (см. рисунок 5).

При анализе учитывался факт изменения пропускных способностей направлений связи для обеспечения оперативности доставки сообщений в интересах ЗУ АСУ

Анализ отношения значения коэффициента готовности канала имеющейся методики реконфигурации сети радиосвязи, в основе которой лежит алгоритм наименьшего пути (Флойда и Дейкстры) и предлагаемой представлен на рисунке 6 (рассматривается вариант обеспечения лишь сети ЗУ АСУ за счет жертвования сетями речевых абонентов и абонентов МКО).

Р1 / Р1 ] 1 Г1 • Р1 : р|

р: р: 1 р: [•: 1 р:

Рисунок 5 — Рассматриваемые варианты деградации отдельных элементов радиосети АСУ О! I

к™** I к:"" г»2

I» 1

Рисунок 6 — Отношение коэффициента готовности сети ЗУ АСУ при жертвовании каналами сетей МКО и речи имеющегося метода реконфигурации сети и предлагаемого

Истинное значение коэффициента готовности, полученное с учетом предлагаемой методики реконфигурации сети радиосвязи метрового диапазона АСУ ОН для случая обеспечения связи в интересах ЗУ за счет жертвования каналами речи и МКО, представлен на рисунке 7.

гТ"' ■

Рисунок 7 - Получаемое абсолютное значение коэффициента готовности канала, выделяемого под установление соединения между абонентами вторичной сети

Анализ полученных зависимостей показывает низкую информативность такого качественного показателя, как относительное превосходство. Поэтому в качестве меры превосходства в работе предлагается использовать выигрыш по вероятности ошибки первого рода:

Для случая готовности «жертвования» и каналами речи и МКО для обеспечения связи в интересах ЗУ получается следующий результат (см. рисунок 8). Для случая готовности «жертвования» лишь МКО для обеспечения связи в интересах ЗУ с сохранением речи получается следующий результат (см. рисунок 9).

При расчете последнего показателя брались средние арифметические значения коэффициента готовности, для направлений речи и ЗУ.

Рисунок 8 - Выигрыш по вероятности при жертвовании речи и МКО в интересах ЗУ

, устар

У = --100-100, [%]

■нов

(9)

Р2

Рисунок 9 - Средний выигрыш по вероятности при жертвовании каналами МКО в интересах сетей ЗУ и речи

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения работы была решена актуальной научная задача, связанная с разработкой научно-методического аппарата оперативной рациональной реконфигурации сети радиосвязи метрового диапазона АСУ ОН в условиях изменения нагрузки и воздействия на сеть.

Дальнейшие исследования в рамках сформулированной в диссертации научной задачи следует продолжить в таких направлениях:

а) поиск обобщающих алгоритмов свертки комбинаторных задач, связанных с задачей об укладке ящика;

б) обоснование рациональной топологии первичной сети связи при условии известных потребностей и нахождение её характеристик;

в) вовлечение в решение аппарата, учитывающего стохастичность процесса вхождения в связь при перераспределении коммуникационного ресурса.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:

1 Зимин Н.Г., Цимбал В.А., Калинин В.А. Нахождение характеристик конечных Марковских цепей на основе метода фиктивных состояний. // Известия Института инженерной физики - №4, 2008г. С. 56-58.

2 Зимин Н.Г., Чистопрудов Д.А. Шиманов С.Н. Применение ассоциативных нейронных сетей Хемминга специального вида для решения задачи организации связи в реальном времени. Известия Института инженерной физики - №1, 2010г. С. 47-56.

3 Зимин Н.Г., Людоговский A.C. Выбор алгоритма управления потоками для применения в протоколе децентрализованной маршрутизации. Сборник трудов ГУМеждународная НПК - Серпухов, ч.2, 2010 г. С. 237-239.

4 Зимин Н.Г. Эффективность использования нейросетевого способа реконфигурации сети для сегмента сети связи. Труды 65-й Научной сессии, посвященной Дню радио. - М.: РНТОРЭС, 2010 г. С. 218-220.

5 Зимин Н.Г., Чистопрудов Д.А. Влияние процедуры организации плана связи первичной сети на надежность установления связи вторичными абонентами. Труды ГХ Российской НТК. - Калуга: КНИИ ТМУ, 2010г. С. 252255.

6 Зимин Н.Г. Процедура определения коэффициента готовности установления соединения между вторичными абонентами сегмента сети связи в условиях изменения ее топологии. Сборник трудов XXIX Всероссийская НТК - Серпухов, 2010 г. С. 172-176.

7 Зимин Н.Г. Учет реальных ограничений на запрашиваемый коммуникационный ресурс в ассоциативном решателе с сигмоидальной функцией активации. Труды 64-й Научной сессии, посвященной Дню радио. - М.: РНТОРЭС, 2009 г. С.153-155.

8 Зимин Н.Г. Методологические вопросы моделирования разнородной корпоративной сети связи с целью определения ее характеристик. Сборник трудов III Международная НПК - Серпухов, ч.2,2009 г. С. 223-224.

9 Зимин Н.Г., Чистопрудов Д.А. Применение нейронной сети для решения задачи организации первичной сети связи. Сборник трудов III Международная НПК - Серпухов, ч.2, 2009 г. С. 255-257.

10 Зимин Н.Г. Способ получения целочисленных результатов распределения коммуникационного ресурса посредством рекуррентной нейросети. Труды VIII Российской НТК. - Калуга: КНИИ ТМУ, 2009г. С. 228-230.

11 Зимин Н.Г. Учет реальных ограничений на запрашиваемый коммуникационный ресурс в ассоциативном решателе с сигмоидальной функцией активацией. Труды VIII Российской НТК. - Калуга: КНИИ ТМУ, 2009г. С. 231-233.

12 Зимин Н.Г. Уменьшение размерности целочисленной задачи по распределению коммуникационного ресурса. Сборник трудов XXVIII Межрегиональная НТК - Серпухов, №5,2009 г. С. 84-87.

13 Зимин Н.Г., Шиманов С.Н., Чистопрудов Д.А. Задача управления коммуникационным ресурсом цифровой сети радиосвязи на базе нейронной сети и ее решение. Сборник трудов ПТСПИ 2008 - Владимир-Суздаль, 2008г. С. 77-79.

14 Зимин Н.Г., Девятняров В.Б. Особенности взаимодействия КАУС смежных узлов автоматизированной системы связи. Труды VII Российской НТК. - Калуга: КНИИ ТМУ, 2008г. С.66-69

15 Зимин Н.Г., Чистопрудов Д.А. Решение задачи перераспределения маршрутов первичной сети связи. Сборник трудов XXVII Межрегиональная НТК - Серпухов, №6, 2008 г. С. 21-23.

16 Зимин Н.Г., Чистопрудов Д.А., Ковальков Д.А. Снижение размерности общей задачи формирования рационального плана проключения маршрутов первичной сети связи. Сборник трудов XXVII Межрегиональная НТК -Серпухов, №6, 2008 г. С. 24-28.

17 Патент № 94737 на полезную модель РФ, МПК Н04В 7/00. Генератор двадцатиразрядной последовательности вида «10011100011111111100» / Заявитель и патентообладатель СВИ РВ. - № 2010102174; заявл. 25.01.2010. Цимбал В.А., Попов М.Ю., Вилков С.В., Зимин Н.Г.

18 Отчет об ОКР «Решка» - Серпухов МОУ «ИИФ», 2009. С. 104-117.

Введение ■

1. Анализ особенностей функционирования существующей и перспективной первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН и динамики нагрузки в ней 12 1.1. Обобщенный анализ архитектуры Единой сети электросвязи

Российской Федерации

1 2 Анализ существующей и перспективной первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН

1.3. Анализ существующего научно-методического аппарата реконфигурации первичных сетей связи

1.4. Обоснование показателя эффективности использования пропускной способности сети, первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН. Постановка задачи исследования

Выводы по первому разделу

2. Разработка процедуры решения задачи о распределении коммуникационного ресурса системы радиосвязи основных абонентов асу общего назначения

2.1. Динамическая система распределения коммуникационного ресурса

2.2. Механизм управления поиском локальных минимумов динамической системы распределения коммуникационного ресурса

2.3. Математическая модель нейросети, распределяющей коммутируемый коммуникационный ресурс первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН

2 4 Алгоритм обучения нейросети, распределяющей коммутируемый коммуникационный ресурс первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН

Выводы по второму разделу

3. Решение задачи о распределении коммуникационного ресурса системы радиосвязи основных абонентов АСУ ОН

3.1. Уточнение задачи о распределении коммуникационного ресурса для системы радиосвязи АСУ ОН

3.2. Сравнение эффективности нейросетевой процедуры распределения коммуникационного ресурса радиосети основных абонентов АСУ ОН

Выводы по третьему разделу

Современный этап научно-технического прогресса характеризуется , возрастанием объема информации, поступающей к руководителю производства и необходимой для принятия обоснованного управленческого решения. Повышение эффективности управления в настоящее время невозможно без использования автоматизированных систем управления (АСУ), основанных на применении информационных технологий, и прогрессивных математических моделей управления. При этом в АСУ между ее основными абонентами используются обмен данными между специализированными устройствами (звеньями управления (ЗУ)), речевой обмен и межкомпьютерный обмен (МКО). ЗУ обладают высшим приоритетом.

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 системы спутниковой связи, сети коротковолновой связи, сети связи метрового диапазона. Для общности АСУ такого типа будем именовать АСУ общего назначения (ОН), а также положим (не снижая общности), что ее первичная сеть строится на базе сети связи метрового диапазона. Сеть АСУ ОН реализует коммутацию пакетов. Примером таких АСУ являются АСУ ОАО «Газпром», «Роснефть», АСУ «Выборы», АСУ МЧС и АСУ силовых министерств и ведомств [1-3,10-12].

Решение задачи обеспечения требуемых вероятностно-временных характеристик (ВВХ) доведения сообщений в распределенных информационных радиосетях, а также повышение эффективности использования их каналов радиосвязи может быть обеспечено на основе применения распределенных пакетных радиосетей (РПРС) [57,58,61]. 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) [57,65].

Настоящий этап развития и совершенствования информационных сетей РПРС различного назначения характеризуется внедрением новых коммуникационных технологий, в том числе и на базе коммутации пакетов [2,3]. 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 [47,59,84].

Каналы метрового диапазона могут быть 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, что отдельные каналы АСУ ОН могут поразиться на некоторое время, зависящее от длительности режима работы мешающих РС. Таким образом, топология рассматриваемой сети в случае воздействия помех динамически изменяется.

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., Шаров А.Н., Олифер В.Г., Присяжнюк С.П., Цимбал В.А., Шиманов С.Н., Клейнрок Л., Дэвис Д., Барбер Д. и другие.

Базовым приемо-передающим комплексом (ППК), на основе которого строится сеть АСУ ОН, является ППК типа «Бутон». Основным принципом построения ППК типа «Бутон», используемых в узловом режиме функционирования цифровой сети АСУ ОН, является применение незакрепленных разделяемых во времени и пространстве цифровых потоков (незакрепленных каналов с адаптируемой по помеховой обстановке скоростью передачи информации). При этом цифровой поток представляет собой временной кадр, разделенный на некоторое число временных окон, каждое из которых представляет собой единичный цифровой канал (ЕЦК) связи с наименьшей пропускной способностью (1200 бит/с). Пакет, помещаемый во временном окне, для всей сети является стандартизованным и представляет собой коммутируемую единицу информации. Для обеспечения такой коммутации в узлах сети имеется соответствующее коммутационное оборудование. Отметим, что на такой первичной цифровой сети связи осуществляется только коммутация каналов. Реализация функций временного каналообразования и коммутации в ППК обеспечивает гибкое перераспределение коммуникационного ресурса ППК между направлениями связи и, в частности, легко позволяет реализовать рокадные связи в сети.

В области разработки и создания систем связи с незакрепленными каналами накоплен большой опыт. Организациями, имеющими серьезные разработки по таким системам связи, являются ОАО «Концерн «Созвездие»», ФГУП НПО «Импульс», ЗАО НИВЦ АС, НПО «Элас» и др.

В иерархии вложенных отношений, реализуемых в сети АСУ ОН, можно выделить две независимые структуры. Одна из этих структур, называемая первичной сетью связи, охватывает вопросы организации связи магистральных направлений сети. Другая структура — вторичная сеть связи, создает однородную нагрузку на первичную сеть и посредством внутреннего алгоритма работы узлов сети (комплекса управления связью (КУС)) реализует функции сетевого уровня обслуживания разнородных абонентов за счет реализации процедуры маршрутизации пакетов.

В условиях помеховых воздействий на каналы сети АСУ ОН и в условиях динамики нагрузки её основных абонентов способы использования обходных каналов, основанные на известных протоколах маршрутизации в силу изменения пропускных способностей отдельных направлений, являются неоптимальными. Применение известных методов решения такой оптимизационной задачи в условиях целочисленности получаемого решения-недопустимо по причине большой размерности задачи.

В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: с одной стороны, необходимость выполнения требований по организации сети связи АСУ ОН с заданными показателями качества информационного обмена формирует потребность использования обходных (рокадных) каналов, что в априори позволит достичь выполнение этих требований, а с другой- не существует эффективного по оперативности и оптимальности метода выбора эффективного способа маршрутизации, вводимого за счет рокадных связей.

Разрешение этого противоречия заключается в разработке программно-математического и методического аппарата, позволяющего решать задачу о рациональной- максимально близкой к оптимальной (в условиях ограничения на оперативность решения) организации связи в АСУ ОН при ее интенсивном структурном изменении.

Поэтому актуальной является тема диссертационной работы «Реконфигурация первичной сети радиосвязи основных абонентов АСУ общего назначения в условиях динамики нагрузки».

Объектом исследования является первичная сеть связи метрового диапазона АСУ общего назначения.

Предметом исследования являются методы, способы, алгоритмы оперативной реконфигурации первичной сети связи.

Целью работы является повышение надежности установления соединений абонентов сети радиосвязи метрового диапазона АСУ общего назначения в условиях динамики нагрузки.

Научной задачей является разработка научно-методического аппарата оперативной рациональной реконфигурации сети радиосвязи метрового диапазона АСУ ОН в условиях изменения нагрузки и воздействия на сеть.

Для достижения цели работы в ней ставятся и решаются следующие подзадачи:

Анализ особенностей функционирования существующей и перспективной первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН и динамики нагрузки в ней.

Разработка процедуры решения задачи динамической реконфигурации первичной сети связи и её реализация посредством использования нейросетевых технологий.

Анализ эффективности применения и реализуемости нейросетевого контроллера, реконфигурирующего первичную сеть радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН в условиях динамики нагрузки.

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

1. Математическая модель нейросети, распределяющей коммутируемый коммуникационный ресурс первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН.

2. Алгоритм обучения нейросети, распределяющей коммутируемый коммуникационный ресурс первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН.

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

1. Разработан новый математический аппарат, позволяющий оперативно решать задачу о реконфигурации первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН, в основе которого лежит ассоциативная нейросеть особой структуры. Для обучения такой нейросети используется новая, неизвестная ранее, оригинальная методика, основанная на разработанном в диссертации алгоритме, что, в конечном итоге, позволяет повысить надежность установления соединений абонентов сети радиосвязи метрового диапазона АСУ ОН в условиях динамики нагрузки.

2. Впервые предложены схемотехнические решения, позволяющие реализовать модифицированную нейросеть Хопфилда, используемую в качестве решателя в процедуре формирования плана связи на коммутируемой первичной сети в условиях динамики связности и нагрузки.

Достоверность и обоснованность разработанного научно-методического аппарата подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории нейронных сетей, теории телетрафика, теории случайных процессов, математической статистики и моделирования систем и, кроме того, подтверждается получением при определенных условиях и допущениях частного решения, являющегося результатом применения ранее известных методов.

Практическая значимость результатов диссертационных исследований обусловлена тем, что они доведены до уровня схемотехнических решений и позволяют на стадии проектирования и эксплуатации закладывать в программное обеспечение комплекса управления связью (КУС) АСУ ОН процедуры оперативной корректировки плана (реконфигурации) организации первичной сети связи в условиях динамики связности и нагрузки. Использование данных результатов позволяет внедрить в перспективную радиосеть АСУ ОН процедуру оперативной реконфигурации первичной сети радиосвязи, а также получить выигрыш в надежности установления соединений между абонентами радиосети связи АСУ ОН в условиях динамики топологии и нагрузки в целом до 10% по сравнению с применяемой в настоящее время процедурой динамической маршрутизации.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на: 17 НТК различного уровня, в том числе 8 Международного уровня, 5 Всероссийского уровня, 4 Межрегионального уровня. Опубликованы в 29 работах, из них: 17 статей в научно-технических сборниках и журналах, две из которых опубликованы в журнале из перечня ВАК, тезисы 6 докладов, 2 отчета об ОКР, 3 отчета о НИР, 1 патент.

Результаты работы реализованы:

1. В ЗАО «НИВЦ АС» в рамках ОКР «Отлучка» при разработке алгоритма управления коммуникационным ресурсом в ССС специального назначения при реализации функции оперативного формирования типовых подсетей (акт о реализации ЗАО «НИВЦ АС» от 08.09.2010г.).

2. В МОУ «ИИФ» при разработке системотехнических решений подсистемы перераспределения коммуникационного ресурса автоматизированного узла связи сети связи специального назначения в рамках ОКР «Решка - ИИФ» (акт о реализации МОУ «ИИФ» от 10.10.2010г.).

3. В СВИ PB использованы в учебном процессе института по кафедре «Автоматизированные системы управления и связи» (в ходе дипломного проектирования и при изучении дисциплины «Информационные сети и телекоммуникации») (акт о реализации СВИ PB от 02.09.2010г.).

Выводы по третьему разделу

В результате проведенных исследований эффективности применения разработанного нейросетевого решателя в условиях динамики реальной нагрузки и помехового воздействия было установлено, что:

1. Уточненная схема проключения первичной сети радиосвязи АСУ ОН опирается на равный коммуникационный ресурс в прямых и рокадных направлениях, значение которого равно 4 ЕЦК.

2. При анализе результата работы алгоритма Дейкстры было установлено, что несмотря на частичную деградацию отдельных направлений, алгоритм не меняет своего решения относительно интенсивности задействования отдельных направлений связи. Это обуславливает целесообразность применения подхода супервизора к решению задачи о маршрутизации на фиксированном сегменте сети связи.

3. В качестве меры превосходства предлагаемой методики реконфигурации первичной сети над существующими методиками обоснован выигрыш по вероятности ошибки первого рода, как косвенный показатель приращения коэффициента готовности канала, выделяемого под установление соединения между абонентами вторичной сети для обеспечения одного из видов связи (АСУ или ОРИ).

4. Полученные числовые значения введенного показателя превосходства позволяют сделать вывод, что попытка сохранения двух видов связи (АСУ и ОРИ) одновременно при интенсивном помеховом воздействии является необоснованной (средний коэффициент готовности близок к 1 для значений р1>0.8), в то время, как политика обеспечения только каналами АСУ за счет жертвования каналами ОРИ и МКО является оправданной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современная концепция построения систем связи содержит в себе необходимость обеспечения реализации управления разнородными элементами сети. При этом помимо самого управления реализуется много сопутствующих процедур, таких как: управление конфигурацией сети и именованием, обработка ошибок, анализ производительности и надежности, учет работы сети. Такие процедуры объединены в стандарты серии Telecommunication Management Network (TMN), отличительной особенностью которых является реализация процедуры мониторинга состояния сети в реальном масштабе времени. В таких условиях реализация на сети процедуры организации связи, в основе которой используются вероятностные модели, является псевдооптимальной. Использование же известных методов для решения оптимизационной задачи о максимизации надежности установления соединений между абонентами радиосети связи АСУ ОН в условиях детерминированной нагрузки и состояния сети - не является возможным в силу ряда обстоятельств. А именно, получаемая при этом задача относится к задаче линейного программирования и имеет принципиально дробное решение. Однако, для цифровых сетей связи принципиально получение целочисленного решения. Попытка перебора целочисленных вариантов решений упирается в проблему размерности, актуальную уже для сегмента сети с 4-я УС.

В результате выполнения работы было выявлено, обосновано и разработано следующее:

1. Основу создаваемой первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН составляют перспективные цифровые ППК типа «Бутон».

2. Такие ППК обладают высокой помехозащищенностью за счет применения высокоэффективных мер помехозащиты — использования сигналов типа ШПС-ФМ и сигналов с ППРЧ.

3. Организуемые направления связи таких ППК могут иметь скорость передачи 1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 16 Кбит/с (в зависимости от базы сигнала или количества выделяемых для передачи тайм-слотов).

4. В перспективной УКВ радиосети АСУ ОН реализован принцип коммутации каналов. При этом единичным каналом с минимальной скоростью передачи является канал, организованный на основе одного временного окна и пропускной способностью 1200 б/с. Номером того или иного канала являются номера временных окон в кадре, его формирующих, а сама коммутация заключается в перенесении содержимого одних временных окон входящего кадра в содержимое временных окон исходящего кадра.

5. Все ППК организуемой первичной сети радиосвязи метрового диапазона основных абонентов АСУ ОН охвачены служебным каналом, обеспечивающим их взаимную синхронизацию. Этот факт обосновывает применимость использования технологии супервизора при решении вопросов мониторинга и управления сетью.

6. При ухудшении помеховой обстановки в АСУ ОН особую значимость приобретает возможность использования рокадных связей. Однако, современные технологии маршрутизации, основу которых составляют дистанционно-векторные протоколы маршрутизации (RIP-2 и TIGRP), и протоколы маршрутизации, созданные на основе анализа состояния канала (OSPF и IS-IS), не используют преимуществ реализации достоверного мониторинга сети и нее решают проблемы эффективного использования рокадных направлений. Это приводит к уменьшению надежности установления соединений абонентов сети радиосвязи метрового диапазона АСУ ОН в условиях динамики нагрузки и помех.

7. Современные алгоритмы решения задачи о реконфигурации первичной сети связи являются комбинаторными и сталкиваются с проблемой размерности, что не позволяет находить корректное оптимальное решение.

8. В качестве альтернативы известным методам предложена нейросетевая схема решения задачи об оптимальной организации сети радиосвязи метрового диапазона АСУ ОН, основу которой составляет модифицированная сеть Хопфилда.

9. При обучении такой нейросети ключевым является вопрос нахождения условий сходимости её эволюционных процессов и продуцирование целочисленного решения. Найдены правила нахождения таких условий и доказана их состоятельность. Кроме того, вариация исходных данных позволят варьировать продуцируемым решением, что при ограничении конечных устойчивых различимых состояний предлагаемой динамической системы, существенно снижает размерность конечной оптимизационной комбинаторной задачи.

10. Проведен сравнительный анализ применения известных методов коммутации, в основе которых лежит правила выбора кратчайшего маршрута (по методу Флойда и методу Дейкстры) и разработанного метода. При этом получаемый в среднем выигрыш в надежности установления соединений между абонентами радиосети связи АСУ ОН составляет до 10%.

Дальнейшие исследования в рамках сформулированной в диссертации научной задачи следует продолжить в таких направлениях: а) поиск обобщающих алгоритмов свертки комбинаторных задач, связанных с задачей об укладке ящика; б) обоснование рациональной топологии первичной сети связи при условии известных потребностей и нахождение её характеристик; в) вовлечение в решение аппарата, учитывающего стохастичность процесса вхождения в связь при перераспределении коммуникационного ресурса. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

1. Афанасьев В .В., Горностаев Ю.М. Эволюция мобильных сетей. Серия изданий «Связь и бизнес», М. 2000. 140 с.

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

3. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Михайлов П.А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование / СПб ГУТ, СПб, 2000.-196 с. Берлин А.Н., Коммутация в системах и сетях связи. М.: Эко-Трендз, 2006.- 344с.

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

5. Волков Л.Н., Немировский М.С., Шинаков Ю.С. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики: Учеб. пособие. — М.: Эко-Трендз, 2005.-392с.

6. Галкин В.А. Цифровая мобильная радиосвязь. Учебное пособие для вузов. М.: Горячая линия-Телеком, 2007.-432 с.

7. Головин О.В., Простов С.П. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи / Под ред. профессора О.В. Головина. М.: Горячая линия1. Телеком, 2006.-598 с.

8. Гольдштейн Б.С. Системы коммутации. — СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 2003.-318 с.

9. Голяиицкий И.А. Математические модели и методы в радиосвязи / Под редакцией Ю.А. Громакова. М.: Эко-Трендз, 2005.- 440с.

10. ГОСТ 23609-86. Сети связи. Первичные сети связи. Вторичные сетисвязи.

11. ГОСТ 24.701-86. ЕСС АСУ. Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения.18 . Гребешков А.Ю. Стандарты и технологии управления сетями связи. —

12. М.: Эко Трендз, 2003. 288 с.

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

14. Д. Филипс, А. Гарсиа-Диас Методы анализа сетей: Перевод с английского. М.:Мир, 1984. — 496 с.

15. Дудник Б .Я. Надежность и живучесть систем связи. М.: Радио и связь,; 1984.- 168 с. ■ •

16. Журавлев В.И., Трусевич Н.П., Методы модуляции-демодуляции ; радиосигналов в системах передачи цифровых сообщений, М.: Инсвязьиздат, 2005.- 174 с,

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

18. Зимин Н.Г. Методологические вопросы моделирования разнородной корпоративной сети связи с целью определения ее характеристик. Сборник трудов III Международная НПК Серпухов, ч.2, 2009 г. С. 223. 224.

19. Зимин Н.Г. Оценивание оперативности доведения многопакетных сообщений в сетях Х.25. Сборник трудов XXVII Межрегиональная НТК Серпухов, №3, 2008 г. С. 33-36.

20. Зимин Н.Г. Процедура определения коэффициента готовностиустановления соединения между вторичными абонентами сегмента сети связи в условиях изменения ее топологии. Сборник трудов XXIX Всероссийская НТК Серпухов, 2010 г. С. 172-176.

21. Зимин Н.Г. Способ получения целочисленных результатов распределения коммуникационного ресурса посредством рекуррентной пейросети. Труды VIII Российской НТК. Калуга: КНИИ ТМУ, 2009г. С. 228-230.

22. Зимин Н.Г. Уменьшение размерности целочисленной задачи по распределению коммуникационного ресурса. Сборник трудов XXVIII Межрегиональная НТК Серпухов, №5, 2009 г. С. 84-87.

23. Зимин Н.Г. Учет реальных ограничений на запрашиваемый коммуникационный ресурс в ассоциативном решателе с сигмоидальной функцией активации. Труды 64-й Научной сессии, посвященной Дню радио. М.: РНТОРЭС, 2009 г. С.153-155.

24. Зимин Н.Г. Учет реальных ограничений на запрашиваемый коммуникационный ресурс в ассоциативном решателе с сигмоидальной функцией активацией. Труды VIII Российской НТК. Калуга: КНИИ ТМУ, 2009г. С. 231-233.

25. Зимин Н.Г. Эффективность использования нейросетевого способа реконфигурации сети для сегмента сети связи. Труды 65-й Научной сессии, посвященной Дню радио. -М.: РНТОРЭС, 2010 г. С. 218-220.

26. Зимин Н.Г., Акулинчев А.Б. Анализ способа параллельной многомерной маршрутизации. Труды 63-й Научной сессии, посвященной Дню радио. — М.: РНТОРЭС, 2008 г. С. 438-440.

27. Зимин Н.Г., Баранов Е.В., Репин М.В. Анализ путей повышения эффективности сетей связи с коммутацией пакетов. Труды VI Российской НТК. Калуга: КНИИ ТМУ, 2007 г. С. 95-98.

28. Зимин Н.Г., Баранов Е.В., Репин М.В. Проблемы использования и проектирования сетей Х.25. Труды 62-й Научной сессии, посвященной Дню радио. М.: РНТОРЭС, 2007 г. С. 5-6.

29. Зимин Н.Г., Девятияров В.Б. Основные принципы функционирования комплекса автоматизации управления связью автоматизированной системы связи. Сборник трудов II Международная НИК Серпухов, ч.2, 2008 г. С. 517-521.

30. Зимин Н.Г., Девятияров В.Б. Особенности взаимодействия КАУС смежных узлов автоматизированной системы связи. Труды VII Российской НТК. Калуга: КНИИ ТМУ, 2008г. С.66-69

31. Зимин Н.Г., Калинин В.А. Математическая модель доведения многопакетных сообщений в системах передачи данных с TCP подобным протоколом. Сборник трудов XXVII Межрегиональная НТК — Серпухов, №3, 2008 г. С. 53-57.

32. Зимин Н.Г., Ковальков Д.А. Перспективы развития» глобальных сетей

33. Зимин Н.Г., Людоговский A.C. Выбор алгоритма управления потоками для применения в протоколе децентрализованной маршрутизации.

34. Сборник трудов I УМеждународная НПК Серпухов, ч.2,2010 г, С. 237239.

35. Зимин Н.Г., Цимбал В.А., Калинин В.А.' Нахождение характеристик конечных Марковских цепей на основе метода фиктивных состояний. // Известия Института инженерной физики №4, 2008г. С. 56-58.

36. Зимин Н.Г., Чистопрудов Д.А. Влияние процедуры организации плана связи первичной сети на надежность установления связи* вторичными абонентами. Труды IX Российской НТК. Калуга: КНИИ ТМУ, 2010г. С. 252-255.

37. Зимин Н.Г., Чистопрудов Д.А. Применение нейронной сети для решения задачи организации первичной сети связи. Сборник трудов III Международная НПК Серпухов, ч.2, 2009 г. С. 255-257.

38. Зимин Н.Г., Чистопрудов Д.А. Решение задачи перераспределения маршрутов первичной сети связи. Сборник трудов105

39. XXVII Межрегиональная НТК Серпухов, №6, 2008 г. С. 21-23.

40. Зимин Н.Г., Чистопрудов Д.А. Шиманов С.Н. Применение ассоциативных нейронных сетей Хемминга специального вида для решения задачи организации связи в реальном времени. Известия Института инженерной физики №1, 2010г. С. 47-56.

41. Зимин Н.Г., Чистопрудов Д.А., Ковальков Д.А. Снижение размерности общей задачи формирования рационального плана проключения маршрутов первичной сети связи. Сборник трудов XXVII Межрегиональная НТК Серпухов, №6,2008 г. С. 24-28.

42. Зимин Н.Г., Шиманов С.Н., Чистопрудов Д.А. Задача управления коммуникационным ресурсом цифровой сети радиосвязи на базе нейронной сети и ее решение. Сборник трудов ПТСПИ 2008 -Владимир-Суздаль, 2008г. С. 77-79.

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

44. Искаков Е.Е. Технологические проблемы построения транспортных сетей систем военной связи. Спб.: ВАС, 2004. - 528с.

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

46. Каллан Роберт, Основные концепции нейронных сетей.: пер. с. англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. 291 с.

47. Коржик В.И, Финк Л.М., Шелкунов К.Н., Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Справочник, М.: Радио и связь, 1981.-232 с.

48. 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.

49. Круг П.Г., Нейронные сети и нейрокомпьютеры. — М.: Издательство54