Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время автоматизация управления процессами установления радиосвязи и ведение радиообмена применительно к отдельным линиям, центрам и в целом сетям связи декаметрового (ДКМ) диапазона сохраняется в качестве важнейшей тенденции их совершенствования. При этом внедрение на радиоцентрах автоматизированных систем управления радиосвязью, центральной составной частью которых являются специализированные управляющие вычислительные комплексы, позволит повысить оперативность передачи сообщений по отдельным радиолиниям, улучшить эффективность функционирования радиоцентров в целом и достигнуть требуемых значений качественных показателей сетей ДКМ радиосвязи.
Необходимо отметить, что в последнее время происходит широкая интеграция средств связи и вычислительной техники. Средстаавытаслитёль-" ной техники внедряются не только для управления системами связи и их элементов, но и оказывают существенное влияние на принципы построения средств связи. Интегральные цифровые системы связи смыкаются с і вычислительными средствами по форме представления информации, общности элементной базы, а также по взаимопроникновению принципов проектирования.
Развитие систем декамегровой связи и, в частности, автоматизация их управления немыслимы без широкого использования средств вычислительной техники, которые внедряются на различных уровнях иерархии сети декаметровой радиосвязи: на сетевом уровне, на уровне ретрансляторов, приемо-передающих радиоцентров, центров коммутации, на уровне упра1-вления антенно-фидерными устройствами, модемами, цифровыми фильтрами и т.д.
К основным задачам автоматизированной системы управления декаметровой радиосвязью следует отнести: планирование структуры сети, формирование требуемой конфигурации сети, обработку и распределение информации, поступающей из подсистем, дислегчирование заявок и
распределение ресурсов. Задача распределения ресурсов включает распределение приемо-передающего и каналообразующего оборудования, а также частотного ресурса с учетом результатов зондирования ионосферы.
Автоматизированная система управления осуществляет сбор информации о состоянии сети и среды распространения сигналов, а также на основе этой информации адаптацию к условиям распространения радиоволн и к помеховым ситуациям, нестационарным для декаметрового диапазона. Кроме того, автоматизированная система должна реализовать контроль, диагностику аппаратуры и при необходимости подключение резервного оборудования.
Автоматическая реконфигурация сети относится к адаптивным методам обеспечения надежности систем. В сетях декаметровой радиосвязи вычислительная система может быть как средством (внешняя адаптация вычислительной системы), гак и объектом адаптации (внутренняя адаптация). Целью внутренней адаптации вычислительной системы является достижение требуемой точности, производительности, достоверности и надежности функционирования при нестационарности входных потоков заданий, отказах и сбоях аппаратуры. Адаптация системы достигается изменением конфигурации сети, алгоритмов работы, перераспределением ресурсов сети.
Внешняя адаптация вычислительной системы (являющаяся одновременно внутренней адаптацией сети декаметровой радиосвязи) предполагает подстройку канала связи к изменениям состояния среды распространения сигналов и достигается переходом на оптимальные по условиям распространения рабочие частоты с минимальным уровнем помех, сменой скорости передачи, вида модуляции, регулированием мощности передатчиков, улучшением условий электромагнитной совместимости, регулированием диаграмм направленности антенн и т.д.
Разработка и опытное внедрение сетей связи декаметрового диапазона на основе использования современных вычислительных средств за рубежом позволили обеспечить качество радиосвязи не хуже, чем в спутниковых каналах связи. Несмотря на достижения, полученные в последнее время в области сетей радиосвязи, ряд задач остаются по-прежнему нере-
шенными или их решения не удовлетворяют поставленным требованиям:
учет непрерывно растущей потребности в повышении интенсивности передачи информации как в сети, так и по отдельным каналам;
принятие решения на основе анализа данных долгосрочного прогноза и текущих значений постоянно изменяющихся параметров каналов;
расчет эффективности связи в зависимости от выбора рабочих частот.
Цель и направления исследований
Целью диссертационной работы является разработка комплекса разнородных, но взаимосвязанных адаптивных методик, ориентированных на повышение достоверности и уменьшение стоимости и времени доведения информации в сетях радиосвязи декаметрового диапазона.
Исследования проводились в следующих направлениях:
получение в рамках аналитической комбинаторики простых, но достаточно точных оценок вероятностей обнаруживаемых и необнаруживае-мых ошибок при дискретном сложении разнесенных ветвей;
объективизация выбора целевой функции в задаче синтеза по нескольким показателям оценки качества связи между абонентами сети;
разработка методики построения модели дискретного канала на основе данных зондирования ионосферы;
построение методики выбора оптимальных рабочих частот для передачи информации на основе долгосрочного и оперативного прогнозов качества радиотрасс;
разработка методики адаптивного управления информационными потоками в сетевых структурах, основанной на применении векторного критерия качества.
Методы исследования
В работе использовались методы информационного поиска, статистической радиофизики, теории измерений, теории выбора и принятия решений, теории передачи информации.
Научная новизна работы
В работе осуществлена разработка совокупности методик, на основе которых удается существенно повысить эффективность функционирования сети связи. Реализация возможностей разработанных методик позволила создать пакет программ для моделирования многоуровневой сети связи в идеологии территориально разнесенного приема. При этом
предложена методика оценивания (по нескольким объективно выбранным показателям) качества связи в двухуровневой системе связи, базирующаяся на разработанных методах свертки (осуществляемой на первом уровне иерархии — уровне радиоканалов) и на оценке качества свертки (производимой на втором уровне иерархии — уровне оконечного узла связи) с последующим выбором метода, обеспечивающего наилучшее качество;
предложен метод весового дискретного сложения, адаптивный выбор весов в котором осуществляется по аналогии с оптимальными схемами в зависимости от качества принимаемой информации; предложенный метод близок к оптимальному с точки зрения критерия максимального правдоподобия;
получены соотношения для оценок вероятностных характеристик схем дискретного сложения произвольного числа разнородных (по спектрам радиопомех) М-ичных сигналов; известные в настоящее время подобные оценки являются частными случаями полученных соотношений;
предложен обобщенный критерий эффективности функционирования сети связи, на основе которого можно проводить сопоставление различных способов передачи и обработки информации;
разработана модель параллельных каналов связи, основанная на соотношении, связывающем необходимые для моделирования разнесенных ветвей параметры непрерывного и дискретного каналов связи;
— разработана методика построения адаптивного радиоканала на
основе анализа данных зондирования ионосферы и модели дискретного
канала;
— разработана методика адаптивного децентрализованного управления
потоками информации в сетях связи, основанная на векторном критерии эффективности функционирования сети; сравнение разработанной методики с известными в настоящее время показало ее преимущества, особенно при "пиковых" нагрузках.
Практическая ценность работы Тема диссертации соответствует одному из направлений работ в Дальневосточном государственном университете по развитию методов и средств автоматизации научных исследований. Научные результаты, представленные в диссертации, получены при выполнении заказ-нарядов "Жизнь", "Связь", "Центр", хоздоговорных НИР "Модель", "Тесак", "Трегион", в которых автор был руководителем работ, а также ОКР "Ось" (автор — главный конструктор). Все НИР и ОКР выполнялись по соответствующим постановлениям правительственных органов. При этом практическая значимость результатов заключается в следующем.
Разработаны алгоритмическая и программная поддержки методики оценивания качества связи, обеспечивающие ее применение и в других областях, например, в области принятия решений в сложных многопараметрических информационных ситуациях или средах.
Получены удобные при проведении расчетов соотношения для оценок вероятностных характеристик схем дискретного сложения информащш. обеспечивающие, в частности, сравнение различных методов сложения информации, выбор наилучшего метода назначения весов в задаче оценивания качества связи, функционирование методики выбора оптимальных рабочих частот на основе комплексного учета данных долгосрочного и оперативного прогнозов.
Разработан и апробирован на этапе экспериментального исследования эффективности предлагаемых методик пакет прикладных программ для моделирования сетей связи, который можно использовать как для проверки различных вариантов функционирования сетей на этапе их проектной разработки, так и для использования в качестве аналитического ядра в действующей сети связи.
С использованием разработанного пакета программ получены экспериментальные оценки качества функционирования перспективной сети
связи при различных методах ее организации, обеспечившие нахождение эффективного варианта модернизации существующей системы. Таким образом, создан программный инструмент исследования, чрезвычайно необходимый конструкторам, инженерам на стадии проектирования сетей связи, удовлетворяющих заданным критериям качества.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Методика оценивания качества связи, основанная на свертке основных характеристик распространения радиоволн в единый интегральный показатель.
-
Адаптивный метод сложения дискретной информации, полученной по разнесенным каналам.
-
Формулы для оценивания вероятностных характеристик схем сложения дискретной информации.
-
Обобщенный критерий для оценки эффективности функционирования сетей связи.
-
Аналитическая модель параллельных каналов связи в ДКМ диапазоне, позволяющая осуществлять эффективное отображение непрерывного канала связи на его дискретный аналог.
-
Методика построения адаптивного радиоканала на основе комплексного учета данных оперативного и долгосрочного прогнозов.
7. Методика адаптивного управления информационными потоками в
сетях связи.
Апробация работы и публикации
Результаты работы обсуждались и докладывались на IV, V Всесоюзных школах-семинарах по вычислительным сетям (М.-Ташкент, 1979; М.-Владивосток, 1980), на межотраслевой конференции по применение ЭВМ в научных исследованиях (Л., 1981), на XXVIII, XXXI, XXXIV, XXXVIII Всесоюзных межвузовских НТК (Владивосток, 1984, 1988, 1991, 1995), на Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы моделирования на ЭВМ систем передачи информации" (Новосибирск, 1990), на меж-
дународной НТК "Актуальные проблемы электронного приборостроёяя' (Новосибирск, 1992), на Всероссийской НМК "Телематика-95" (Ояп-Петербург, 1995).
По материалам диссертации опубликовано 20 работ, одна из кап|шх — монография.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, тжяея-ных на 220 страницах; содержит 9 таблицей 62 рисунка, 177 наимевокзаз отечественной и зарубежной литературы.
