Введение к работе
Актуальность темы исследования. Практика эксплуатации железных дорог показывает, что эффективность организации железнодорожных перевозок во многом определяется состоянием системы управления (СУ) железнодорожными перевозками, основу которой составляет телекоммуникационная система (ТКС). Одной из важнейших подсистем ТКС является сеть тактовой сетевой синхронизации (ТСС), которая выполняет функции формирования, передачи и распределения сигналов синхронизации, необходимых для поддержания функционирования всех цифровых устройств ТКС и предоставления услуг связи заданного качества. Каждый элемент ТСС характеризуется множеством параметров, отражающих его состояние, а сеть ТСС представляет собой большую и сложную подсистему электросвязи. При этом информация о состоянии элементов сети ТСС зачастую является неполной, в определённых условиях недостоверной, а требования к оперативности выработки решений постоянно ужесточаются. Перечисленные факторы не позволяют персоналу центров технического управления и обслуживания ТКС принимать обоснованные и своевременные решения по управлению сетью ТСС без соответствующих средств интеллектуальной поддержки принятия решений, которые в настоящий момент недостаточно развиты. Таким образом следует считать актуальной работу, направленную на формирование интеллектуальной системы поддержки принятия решений (ИСППР) по управлению сетью ТСС в условиях отсутствия единого научно-методического подхода к её построению.
Вопросами формирования интеллектуальных систем поддержки принятия
решений посвящены работы И. А. Башмакова, И. Г. Котенко, Д. А. Поспелова,
Г. В. Рыбиной. Теоретические и прикладные разработки в области построения сетей
синхронизации и их технической эксплуатации отражены в работах:
В. В. Шахгильдяна, И. Б. Шахторина, Г. Г. Морозова, М. Н. Колтунова,
А. Т. Лебедева.
Объектом исследования является интеллектуальная система поддержки принятия решений по управлению сетью ТСС. Предметом исследования являются методики и модели формирования интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению сетью ТСС.
Целью диссертационного исследования является повышение обоснованности и оперативности принимаемых решений по управлению сетью ТСС, которые позволят обеспечить устойчивость функционирования сети ТСС в ТКС ОАО «РЖД».
Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:
1. Проведен системный анализ процессов функционирования сети ТСС, как подсистемы ТКС высокой степени сложности, и определены структурные и функциональные взаимосвязи между элементами сети ТСС в ТКС.
-
Сформирован комплекс основных требований к элементам сети ТСС в их структурной и функциональной взаимосвязи друг с другом с учётом воздействия дестабилизирующих факторов.
-
Разработана модель процесса функционирования и восстановления сети ТСС, учитывающая качественный и количественный состав метрологических ресурсов, и вычислительных ресурсов ИСППР по управлению сетью ТСС.
-
Разработана модель базы знаний (БЗ) ИСППР по управлению сетью ТСС, обеспечивающая необходимую полноту учёта элементов, состояний, параметров и взаимосвязей в сети ТСС.
-
Разработана методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС, поддерживающая систему предпочтений лица, принимающего решения (ЛПР).
-
Сформированы структура и состав базы данных управляющей информации МІВ (Management Information Base) оборудования сети ТСС для решения задач сбора, хранения и предоставления диагностической информации.
-
Разработан алгоритм расчёта требований резерва пропускной способности сети управления сетью ТСС, предназначенной для передачи информации контроля и управления сетью ТСС.
-
Разработана методика формирования ИСППР по управлению сетью ТСС путём объединения фреймовой модели БЗ и методики формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС с учетом требований к составляющим ТСС и ТКС.
Научная новизна работы заключается в следующем.
-
На основе проведённого системного анализа процесса функционирования сети ТСС сформирована концептуальная модель сети синхронизации, отличающаяся полнотой учёта существующих и перспективных элементов ТСС и ТКС, а также учётом внутренних и внешних дестабилизирующих факторов.
-
Представлен взаимоувязанный комплекс требований к элементам и сигналам синхронизации сети ТСС, виду и характеру внешних и внутренних воздействий, отличающийся учётом структурных и функциональных взаимосвязей между элементами ТСС.
-
На основе проведенного системного анализа процесса функционирования сети ТСС разработана модель процесса функционирования и восстановления сети ТСС как полумарковского процесса, отличающаяся учётом ресурсов СУ по доставке и обработке диагностической информации, а также качественного и количественного состава метрологических ресурсов.
-
Разработана фреймовая модель представления знаний в рамках формирования базы знаний ИСППР по управлению сетью ТСС, отличающаяся включением декларативных и процедурных знаний об элементах и процессах сети ТСС и учётом взаимосвязей между ними.
-
Для решения задачи выработки управляющих воздействий разработана методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС,
отличающаяся совместным применением процедур классификации состояний путём целенаправленного поиска на основе сходства/различия и обоснованного выбора планов мероприятий на множестве альтернатив.
-
Для решения задачи сбора, хранения и выдачи диагностической информации разработаны структура и состав базы данных управляющей информации МІВ для контроля и управления сетью ТСС.
-
С целью обеспечения оперативности, непрерывности и устойчивости управления сетью ТСС предложена методика расчёта потоковой структуры сети управления сетью ТСС, позволяющая обоснованно задавать значения необходимого резерва пропускной способности в ТКС.
-
Для решения задач по управлению сетью ТСС разработана методика формирования ИСППР путём объединения фреймовой модели БЗ и методики формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС с учетом требований к составляющим ТСС и ТКС.
С учетом вышеизложенного сформулирована научная задача: разработать методику формирования интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению сетью ТСС в условиях взаимного влияния показателей функционирования ТКС и сети ТСС, позволяющую формировать своевременные и обоснованные решения по управлению сетью ТСС большого масштаба и высокой сложности при воздействии дестабилизирующих факторов различного характера.
Теоретическая значимость работы состоит в расширении методической базы по формированию и проектированию интеллектуальных систем поддержки принятия решений для управления сетью ТСС с учётом требований к оперативности и обоснованности принимаемых решений.
Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в следующем:
практическая значимость модели процесса функционирования и восстановления сети ТСС заключается в возможности для операторов связи обосновывать количественный и качественный состав встроенных и внешних средств диагностики и технический состав системы управления ТСС при развитии сети или новом строительстве ТКС, которые позволят поддерживать заданные значения отказоустойчивости сети ТКС.
разработанная фреймовая модель и соответствующая структура МІВ представляют собой основу для создания перспективного аппаратно-программного комплекса, реализующего концепцию «агент-менеджер» при создании СУ ТСС соответствующими компаниями-разработчиками: ЗАО «Транссеть», ООО «МИКС» и др., которая может применяться проектными организациями ОАО «Росжелдорпроекта» и операторами связи: ЦСС ОАО «РЖД», ЗАО «ТрансТелеКом» и др.
Методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС доведена до соответствующих инженерных алгоритмов, готовых к реализации на языках программирования: OWL, RDF(S), DAML+OIL в соответствующих
компаниях: ЗАО «Транссеть», ООО «МИКС» и др.
Предложены и обоснованы рекомендации по формированию ИСППР, позволяющие повысить своевременность и обоснованность принимаемых решений по управлению сетью ТСС, а также снизить затраты ресурсов СУ сетью ТСС. Результаты нашли применение в НИР «ВОЛС/ДСС», учебном процессе ФГБОУ ВПО ПГУПС и соответствующих разработках 000 «МИКС».
Методы исследования. В работе использованы как теоретические, так и экспериментальные методы исследования.
Теоретические методы исследования основаны на фундаментальных положениях теории систем, теории вероятностей, теории принятия решений, теории построения интеллектуальных систем, теории сетей и графов, теории надёжности, теории распознавания образов.
Экспериментальные методы исследования проводились с использованием методов математической статистики.
Основные положения выносимые на защиту:
1.Модель процесса функционирования и восстановления сети ТСС как полумарковского процесса, отличающаяся учётом качественного и количественного состава метрологических ресурсов, а также учётом ресурсов СУ по доставке и обработке диагностической информации, и позволяющая сформировать требования к элементам сети ТСС и СУ ТСС;
-
Фреймовая модель представления знаний в рамках формирования базы знаний ИСППР по управлению сетью ТСС, отличающаяся включением декларативных и процедурных знаний об элементах и процессах в сети ТСС, и позволяющая обеспечить требуемую полноту учёта элементов ТСС и взаимосвязей между ними, состояний элементов и параметров их характеризующих;
-
Методика формирования вариантов решений по управлению сетью ТСС, отличающаяся совместным применением этапов классификации состояния ТСС путём целенаправленного поиска на основе метапроцедуры сходства/различия и обоснованного выбора планов мероприятий на множестве альтернатив, поддерживающего систему предпочтений ЛПР;
-
Рекомендации по формированию структуры и состава базы данных управляющей информации МІВ и построению потоковой структуры сети управления ТСС, позволяющие обеспечить своевременность и достоверность доставки информации контроля и управления.
Личный вклад. Все результаты, излагаемые в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.
Реализация и внедрение работы. Результаты диссертационной работы, включая все модели, методики и научно-технические предложения, используются на ряде предприятий: ОАО «31 ГПИСС», 000 «МИКС» и в учебном процессе ФГБОУ ВПО ПГУПС.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы обсуждались на научных конференциях: Международный конгресс «Цели
развития тысячелетия» и инновационные принципы устойчивого развития арктических регионов» (Санкт-Петербург, 2010-2012), V международная научно-практическая конференция «Проблемы безопасности на транспорте» (Гомель, 2010), международная научно-практическая конференция «Интеллектуальные системы на транспорте» (Санкт-Петербург, 2011, 2012), НТК посвященная Дню радио (Санкт-Петербург, 2011-2013), X Российская научно-технической конференция «Новые информационные технологии в системах связи и управления» (Калуга, 2011).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 27 печатных работах, в том числе в 3 научных статьях в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных литературных источников и одного приложения, изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц и 52 рисунка.
