Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ особенностей построения и алгоритмов функционирования распределенной пакетной радиосети типовой АСУ ПО 11
1.1 .Особенности функционирования существующей информаци онной сети типовой АСУ ПО 11
1.2. Анализ структуры перспективной распределенной пакетной радиосети типовой АСУ ПО при наличии в ней переприемов пакетов, неоднородности каналов связи и особенности ее функционирования 19
1.3. Постановка задачи оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в перспективной распределен ной пакетной радиосети типовой АСУ ПО в условиях измене ния ее топологии, неоднородности каналов, наличия переприемов и направления ее решения 30
Выводы по первому разделу 38
2. Моделирование процесса проключения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО с учетом неоднородности каналов связи и переприемов пакетов 40
2.1. Анализ процедуры проключения виртуальных каналов в пер-спективной РПРС типовой АСУ ПО 40
2.2. Параллельные конечные марковские цепи как основа анализа оперативности проключения виртуальных каналов 44
2.3 Математическая модель оценивания оперативности проключения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО на основе параллельных конечных марковских це пей л .U1..'...; 53
2.3.1. Разработка методического аппарата синтеза МПВ для ти повых подсетей перспективной РПРС АСУ ПО 53
2.3.2. Расчет длительности доведения пакет-запросов для вариантов типовых подсетей перспективной РПРС АСУ ПО .60
2.3.3. Оценивание оперативности проключения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО 70
Выводы по второму разделу 73
3. Оптимизация периода проключения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО в условиях изменения ее топологии, неоднородных каналов и наличия переприемов пакетов 15
3.1 Формализация задачи оценивания коэффициента готовности в перспективной РПРС типовой АСУ ПО в условиях измене ния ее топологии с учетом неоднородности каналов связи и переприемов пакетов 75
3.2. Математическая модель оценивания коэффициента готовности РПРС с коммутацией пакетов в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи 79
3.3. Методика оптимизации периода проключения виртуальных каналов в перспективной РПРС типовой АСУ ПО в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи 86
Выводы по третьему разделу 94
Заключение 95
Список использованных источников
- Анализ структуры перспективной распределенной пакетной радиосети типовой АСУ ПО при наличии в ней переприемов пакетов, неоднородности каналов связи и особенности ее функционирования
- Постановка задачи оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в перспективной распределен ной пакетной радиосети типовой АСУ ПО в условиях измене ния ее топологии, неоднородности каналов, наличия переприемов и направления ее решения
- Параллельные конечные марковские цепи как основа анализа оперативности проключения виртуальных каналов
- Математическая модель оценивания коэффициента готовности РПРС с коммутацией пакетов в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи
Введение к работе
Современный этап научно-технического прогресса характеризуется возрастанием объема информации, поступающей к руководителю производства и необходимой для принятия обоснованного управленческого решения. Повышение эффективности управления в настоящее время невозможно без использования автоматизированных систем управления (АСУ), основанных на применении информационных технологий и прогрессивных математических моделей управления [48]. АСУ производствами различают по сосредоточенности объектов управления и устройств управления, по виду управления. По сосредоточенности различают локальные, рассредоточенные и распределенные на значительной территории АСУ. По виду управления различают системы: с программным управлением без обратной связи; с программным управлением и с обратной связью; с адаптивным управлением и с обратной связью [68, 69]. Для АСУ производственными объединениями характерны распределенные на значительной территории и удаленные от центра управления на сотни километров объекты управления, связь с которыми может осуществляться с использованием пакетной радиосети, выполняющей функцию средств телекоммуникации в системе в целом [75, 63,64].
Примером таких АСУ являются АСУ ОАО «Газпром», «Роснефть», АСУ «Выборы», АСУ МЧС и АСУ силовых министерств и ведомств [3,34,47,60].
Построение распределенных информационных радиосетей различного назначения с требуемыми вероятностно-временными характеристиками (ВВХ) доставки сообщений, функционирующих в условиях дестабилизирующих факторов, является актуальной технической проблемой и ставит ряд задач как анализа, так и синтеза таких сетей [26,40].
Решение задачи обеспечения требуемых ВВХ доведения сообщений в распределенных информационных радиосетях, а также повышение эффективности использования их каналов радиосвязи может быть обеспечено на основе применения распределенных пакетных радиосетей (РПРС) [33, 44, 57, 77]. Последние способны сформировать информационную сеть, во-первых, с большим
б количеством рокадных связей, что существенно повышает ее связность, и, во-вторых, реализует принцип коммутации пакетов, что значительно повышает эффективность использования каналов связи пакетными радиоустановками (ПРУ) [6, 8].
Настоящий этап развития и совершенствования информационных сетей РПРС различного назначения характеризуется внедрением новых коммуникационных технологий, в том числе и на базе коммутации пакетов [4]. В такой радиосети будет реализован принцип виртуальных соединений (каналов, маршрутов передачи сообщений) и каждый такой виртуальный канал (маршрут передачи сообщений) сети будет представлять собой закрепленное направление связи для абонентов РПРС [33, 85].
Реализация перспективной РПРС предусматривается в основном на базе приемо-передающего комплексов (ППК) метрового диапазона, обеспечивающих передачу цифровых потоков информации со скоростью 16-32 кбит/с [38,77].
Спецификой функционирования информационных сетей на базе РПРС является то, что они длительное время могут находиться в режиме радиомолчания вследствие низкой информационной нагрузки, определяемой режимами работы абонентов. Кроме того, каналы метрового диапазона могут быть подвержены воздействию помех других радиосредств (PC) вследствие недостаточной координированности работы частотно-диспетчерских служб различных министерств, агентств, ведомств и служб [7, 20-22, 26, 55, 65]. Такие воздействия могут приводить к тому, что отдельные каналы РПРС могут поразиться на некоторое время, зависящее от длительности режима работы мешающих PC. Таким образом, топология РПРС в случае воздействия помех динамически изменяется. Однако выявление таких изменений произойдет только при очередном информационном обмене абонентов РПРС между собой [52-54].
Решение всех вопросов по контролю и оценке ситуации на РПРС, выработке решений на управление сетью, а также доведению управляющих воздействий до соответствующих элементов сети осуществляет автоматизированная система управления связью (АСУС). Звеньями управления данной АСУС на каждом уровне иерархии РПРС являются комплексы автоматизации управления
связью (КАУС) [75]. АСУ С выявляет в сети отказы и восстановление тех или иных направлений связи и выдает через КАУС команды на проведении коррекции маршрутов передачи сообщений в условиях изменения топологии сети. Такая коррекция маршрутов в рассматриваемой РПРС есть ни что иное как периодическое проключение виртуальных каналов. Она осуществляется в рассматриваемой перспективной радиосети передачей «сверху - вниз» соответствующих проключающих виртуальные каналы пакет-запросов, при этом в ходе их передачи вся сеть недоступна для другой информации, в том числе и информации абонентов сети [41-43].
В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: с одной стороны, интервал между проключениями (период) в рассматриваемой РПРС необходимо уменьшать, что обеспечит более достоверное обнаружение скрытого отказа каналов. С другой стороны, период проключения необходимо увеличивать, что уменьшит общее время недоступности сети для передачи информации абонентов. Разрешение этого противоречия заключается в оптимизации периода проключения виртуальных каналов в рассматриваемой РПРС [13].
Вопросам построения сетей с коммутацией пакетов большое внимание уделено в школах таких ученых как Якубайтис Э.А., Цыбаков Б.С., Лазарев В.Г., Бутрименко А.И., Глушков В.М., Мизин И.А., Самойленко СИ., Олифер В.Г., Присяжнюк СП., Цимбал В.А., Шиманов С.Н., Клейнрок Л., Дэвис Д., Барбер Д. и другие. Однако вопрос оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в РПРС в случае длительных простоев коммуникационного ресурса сети является открытым [27,32, 38,46,49, 70,71, 80, 84, 85, 89].
Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертации «Оптимизация периода коррекции маршрутов передачи сообщений в распределенной пакетной радиосети».
Целью диссертационных исследований является разработка научно-методического аппарата оптимизации периода коррекции маршрутов распределенной пакетной радиосети для повышения качества информационного обмена ее абонентов.
Объектом исследования является распределенная пакетная радиосеть, функционирующая в режиме виртуальных соединений с переприемами пакетов и неоднородными каналами.
Предметом исследований является научно-методический аппарат оптимизации периода коррекции маршрутов в распределенной пакетной радиосети на основе поглощающих конечных марковских цепей.
Научной задачей является максимизация коэффициента готовности распределенной пакетной радиосети на основе оптимизации периода коррекции маршрутов передачи информации в условиях изменения ее топологии, неоднородных каналов и наличия переприемов пакетов.
Для решения этой общей научной задачи в диссертации ставятся и решаются следующие подзадачи:
Формализация и моделирование процесса проключения виртуальных каналов в РПРС с учетом неоднородности каналов связи и наличия переприемов пакетов.
Оценка коэффициента готовности РПРС в условиях изменения ее топологии, неоднородности каналов связи и наличия переприемов пакетов.
Оптимизация периода проключения виртуальных каналов в РПРС в условиях изменения ее топологии, неоднородности каналов связи и наличия переприемов пакетов.
В ходе решения этих задач были сформированы следующие результаты, представляемые к защите:
Математическая модель процесса проключения виртуальных каналов в распределенной пакетной радиосети с учетом наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи.
Математическая модель надежности распределенной пакетной радиосети в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи.
Методика оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в распределенной пакетной радиосети в условиях изменения
ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи. Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в том, что:
впервые сформулирована и решена задача оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в РПРС в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи;
разработаны правила синтеза графов параллельных конечных марковских цепей для иерархических сетей передачи данных, учитывающие как неоднородность каналов связи, так и наличие переприемов пакетов в направлениях связи;
впервые предложен подход к оценке коэффициента готовности информационной сети РПРС, учитывающий наличие скрытого отказа отдельных каналов связи при наличии в сети переприемов пакетов и неоднородности каналов по вероятности ошибки.
Достоверность и обоснованность разработанного научно-методического аппарата подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории конечных марковских цепей (КМЦ), теории оптимизации, моделирования систем, сходимостью результатов расчета с результатами стендового макетирования.
Практическая значимость результатов диссертационных исследований обусловлена тем, что они доведены до уровня методики, алгоритмов и машинных продуктов и позволяют на стадии проектирования закладывать в протоколы административного уровня КАУС корректные параметры управления сетью при наличии в ней переприемов пакетов и неоднородности каналов связи по вероятности ошибки. Кроме того, полученные результаты позволяют на стадии эксплуатации сети определять каждой ПРУ для режима проключения виртуальных каналов количество повторов проключающих пакет-запросов в зависимости от ее уровня иерархии в сети. Использование предлагаемого подхода к периоду
коррекции маршрутов позволяет повысить коэффициент готовности РПРС в условиях воздействия дестабилизирующих факторов до 0,998, в то время как в существующей радиосети для таких же условий данная величина составляет 0,97. Кроме того, результаты работы могут быть использованы в ВВУЗах при изучении соответствующих учебных дисциплин, а также при разработке систем и радиосетей, функционирующих в режиме коммутации пакетов.
Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников и приложения.
Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на: двух Сессиях Российского НТОРЭС им А.С. Попова; семи НТК различного уровня; опубликованы в 16 работах, из них: 8 статей (одна статья в журнале из Перечня ВАК); тезисы 3 докладов на НТК; 2 отчета о НИР и один отчет по ОКР, один патент и одно положительное решение по заявке на полезную модель.
Результаты работы внедрены:
В ОАО «Воронежский опытный завод программной продукции» в виде математических моделей и методики при разработке сети передачи данных с коммутацией пакетов «Буханка-В» (акт о реализации ОАО «ВОЗПП» от 16.08.2007 г.); :
В Институте инженерной физики РФ (г. Серпухов) при обосновании ТЗ на ОКР «Буханка-ВУ» (акт о реализации ИИФ РФ от 17.07.2007 г.);
В Серпуховском военном институте ракетных войск в учебном процессе по кафедре «Автоматизированные системы управления» (акт о реализации СВИ РВ от 26.09.2007 г.).
Анализ структуры перспективной распределенной пакетной радиосети типовой АСУ ПО при наличии в ней переприемов пакетов, неоднородности каналов связи и особенности ее функционирования
Существующая радиосеть наземной УКВ радиосвязи ПО является специализированной и ориентирована как на передачу речевого трафика, так и на передачу данных между ЗУ типовой АСУ со скоростью 1200 и 2400 бит/с. Основу данной радиосети составляет парк приемо-передающих устройств (ППУ) метрового диапазона, формирующих между собой первичную сеть аналоговых закрепленных каналов.
Реализация в таких сетях услуг для компьютерного трафика (например, для сети технологического управления системой связи) является проблематичной как вследствие низкой пропускной способности отдельных направлений связи, так и вследствие невозможности осуществления коммутации пакетов в узлах сети. Ограничение на пропускную способность сети сдерживает повышение ее устойчивости вследствие невозможности формирования дополнительных связей между узлами. Кроме того, реализованная пропускная способность сети является низкой вследствие малой информационной нагрузки абонентов и реализации принципа закрепленных каналов связи для всех пользователей сети.
Развитие и совершенствование существующих радиосетей метрового диапазона может происходить по двум основным сценариям [14].
Первый - революционный: замена всего парка существующих аналоговых узкополосных ППУ в сети на новые цифровые широкополосные и реализация на их базе технологии ISDN. Данный путь дает сети качественный скачек, но требует больших финансовых, материальных и временных затрат, что проблематично в существующих экономических условиях развития страны. Кроме того, данный сценарий требует одновременной замены всего оборудования. Отметим также, что существующая аппаратура передачи данных абонентов сети ориентирована на передачу в каналы непрерывных сигналов, представленных в виде ОФМ или ДОФМ, и не обеспечивает сопряжение с цифровыми каналами.
Второй сценарий - эволюционный. Он предполагает замену в существующих ППУ только блоков формирования и обработки цифрового радиосигнала. Анализ показывает, что в этом случае можно за счет цифровой обработки сигналов увеличить пропускную способность каналов связи до 9,6 и даже 19,2 Кбит/с без увеличения энергопотенциала радиолиний и без изменения их дальностей. Последнее дает возможность в одном направлении связи передавать в единой цифровой форме различный трафик (речь, данные, компьютерный обмен).
Такой сценарий модернизации является наиболее выгодным по критерию «эффективность-стоимость», так как [54]: позволяет использовать основные элементы существующих ПИК; позволяет модернизировать все элементы сети постепенно, реализуя на первом этапе концепцию гибридной цифро-аналоговой сети; требует меньших технико-экономических затрат. Как первый, так и второй сценарии требуют наличия в каждом узле сети таких элементов: пакетатор-депакетатор дискретной информации, идущей от АПД абонента; сетевую станцию; транспортную станцию; аппаратно-программные средства, реализующие функции административного управления сетью.
Наличие на сети указанных элементов позволит формировать проключае-мые каналы между её несмежными узлами (рокадные каналы). Кроме того, ввод дополнительных ПИК позволит организовать в отдельных направлениях связи переприем сигналов.
Существующая радиосеть метрового диапазона АСУ ПО обладает большой аппаратной избыточностью, что создает потенциальную возможность для повышения устойчивости формируемой на её базе информационной сети. Это создает возможность формирования еще одного двухстороннего направления связи. В частности, можно организовать рокадные связи между ЗУ одного уровня иерархии [54]. Включение в отдельное направление связи дополнительного ППК позволит организовать переприем сигналов, что может существенно повысить дальность связи или обеспечить заданную дальность связи на местности со сложным рельефом. Вариант такой сети связи представлен на рисунке 1.3.
Формируемая при этом сеть, во-первых, является сетью с коммутацией пакетов, и, во-вторых, является транспортной сетью, в которой реализуется стек протоколов 4-х нижних уровней ЭМВОС.
Обобщенная структура транспортной станции, обеспечивающей связь ЗУ ПО между собой, представлена на рисунке 1.4. Обобщенная структура сетевой станции старшего ЗУ ПО для такой связи представлена на рисунке 1.5, а младшего ЗУ ПО - на рисунке 1.6. Обобщенная структура транспортной станции младшего ЗУ ПО представлена на рисунке 1.7.
В рассматриваемой сети реализуется принцип коммутации пакетов. Поступающие потоки дискретной информации разбиваются на блоки, длина которых равна минимальным блокам АСУ. С помощью пакетатора формируются информационные кадры канального уровня, затем сетевые кадры и, наконец, транспортные кадры. Кадры каждого уровня содержат необходимые атрибутьі, исходя из специфики используемого протокола.
Передаваемый поток информации от старшего ЗУ к младшему упакован во временные кадры, каждый кадр содержит три временных окна, в каждом окне располагается один пакет транспортного уровня. Таким образом, от старшего ЗУ к младшему передаются 3 пакета:
Постановка задачи оптимизации периода коррекции маршрутов передачи сообщений в перспективной распределен ной пакетной радиосети типовой АСУ ПО в условиях измене ния ее топологии, неоднородности каналов, наличия переприемов и направления ее решения
Перспективная радиосеть типовой АСУ ПО предназначена для надежного, достоверного и своевременного доведения сообщений между ЗУ АСУ, а также ведения устойчивого речевого обмена между должностными лицами ПУ.
Рассматриваемая сеть является сетью переходного этапа и способна работать как в режиме закрепленных каналов (режим большинства существующих радиосетей), так и в режиме коммутации пакетов (перспективный режим). При этом во втором случае для ЗУ типовой АСУ коммутация пакетов будет «прозрачной», и для них будет складываться иллюзия реализации режима закрепленных каналов [54].
При передаче речи по сети с коммутацией пакетов для речевых абонентов будет возникать только дополнительная задержка, вызванная процедурой заполнения - освобождения пакетатора - депакетатора в ПРУ оконечных и промежуточных пунктов.
Основным (атрибутивным) свойством перспективной радиосети типовой АСУ ПО является ее готовность к передаче по ней сообщений. При этом под го товностью сети будем понимать ее способность передавать сообщения в произвольный момент времени. Мерой интенсивности - показателем проявления свойства готовности является коэффициент готовности Кг, под которым понимается вероятность того, что радиосеть готова к передаче информации [1].
В рассматриваемой радиосети с коммутацией пакетов для ЗУ АСУ и речевых пользователей создаются виртуальные проключаемые каналы. Если бы топология радиосети не менялась, то процесс проключения виртуальных каналов был бы единовременным.
Спецификой функционирования перспективной радиосети типовой АСУ ПО является то, что ее каналы могут быть подвержены влиянию непреднамеренных помех [59], создаваемых радиосредствами других министерств и ведомств вследствие недостаточной координации работы их частотно-диспетчерских служб. В частности, в районах дислокации ПО могут работать на частотах рассматриваемой радиосети радиостанции такси, скорой медицинской помощи, МЧС, пожарной службы, милиции и др., что будет приводить к перерывам связи [65].
С другой стороны, воздействие на каналы связи сети типовой АСУ ПО будет выявлено подсистемой радиомониторинга, входящей в АСУ связью (АСУС). Воздействие двух указанных факторов будет приводить как к поражению каналов радиосети на случайное время, так и их восстановлению. Кроме того, перспективные ППК метрового диапазона создаются как адаптивные и способны отстраиваться от помех.
Совокупность данных факторов будет приводить к тому, что топология анализируемой радиосети будет динамически меняться. Следовательно, возникает настоятельная необходимость в периодической коррекции маршрутов доведения информации, заложенных в проключенных виртуальных каналах.
Сделаем допущение о том, что вся ситуация в рассматриваемой перспективной радиосети будет наблюдаться комплексом автоматизированного управления связью (КАУС), который каким-то образом «знает» истинную связность сети и на этой основе формирует для каждой ПРУ матрицы маршрутов и сообщает их ПРУ. Процессы сбора такой информации, ее обработка и доведение решений представляют собой отдельную интересную научно-техническую задачу, решение которой, в частности, дано в [66, 67, 74, 75, 82]. Причем в [21] показано, как информация о связности сети формируется в ходе ведения её абонентами информационного обмена. В [46] показано как такая информация формируется на основе централизованных алгоритмов с использованием процедуры «волна». В [78] показано, как требуемая информация получается на основе децентрализованного зондирования сети.
В рамках данной работы предполагается, что матрицы маршрутов на каждой ПРУ рассматриваемой радиосети уже имеются и задача заключается в формировании на основе этих матриц проключаемых виртуальных каналов.
Процедура проключения виртуальных каналов в сети с коммутацией пакетов с радиально-узловой топологией заключается в том, что от старшей по иерархии ПРУ передаются проключающие пакет-запросы ко всем подчиненным ПРУ методом «волна». Данная информация является служебной и в ЗУ АСУ не поступает. При этом при передаче пакет-запросов (служебной информации) вся радиосеть блокируется для передачи основной информации [13].
В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: с одной стороны интервал между проключениями (период) в рассматриваемой перспективной радиосети типовой АСУ ПО необходимо уменьшать, что обеспечит более достоверное обнаружение скрытого отказа каналов. С другой стороны период проключения необходимо увеличивать, что уменьшит общее время недоступности сети для передачи основной информации.
Параллельные конечные марковские цепи как основа анализа оперативности проключения виртуальных каналов
Наиболее приемлемым методическим аппаратом анализа и синтеза процессов проключения виртуальных каналов в информационных сетях АСУ являются поглощающие конечные марковские цепи (КМЦ). Это обусловлено тем, что [25,28, 30, 31]: процесс проключения вследствие наличия помех в информационных сетях является случайным; время данного процесса - дискретно, так как изменение его состояния происходит либо при передаче сообщения, либо квитанции; количество состояний процесса или счетно, или конечно; в процессе имеется обязательно поглощающее состояние - состояние доведения сообщений.
Рассматриваемая радиосеть АСУ ПО является иерархической и на каждом уровне иерархии она однотипна. Именно это условие позволяет задачу анализа характеристик процесса проключения каналов во всей сети декомпозировать на ряд однотипных задач анализа характеристик доведения в одной типовой сети. На основе аппарата КМЦ здесь решен ряд важных задач, в частности [28,70, 71]: - нахождение вероятностно-временных характеристик (ВВХ) и временных характеристик (ВХ) доведения сообщений для условий одинакового шага переходов, что характерно для сетей без обратной связи; - нахождение ВВХ и ВХ доведения сообщений для условий разных шагов перехода, обусловленных разной длиной сообщения и квитанции, что характерно для сетей с обратной связью; - оценивание чувствительности характеристик КМЦ к переходным вероятностям, что дает возможность направленного синтеза параметров протоколов информационного обмена и другие.
Однако недостатком существующего методического аппарата анализа процессов проключения в сетях с коммутацией пакетов на основе КМЦ является то, что он не позволяет описывать процессы, происходящие параллельно в одном масштабе времени на разных фазах анализируемой типовой подсети. Особенностью анализируемого процесса проключения является еще и то, что «плечи» в составных каналах по вероятности ошибки разные.
Именно вследствие указанных причин аппарат КМЦ не позволяет получать интегральные ВВХ и ВХ процесса проключения в анализируемых типовых подсетях, а как следствие и во всей сети. Для преодоления этого недостатка предложены параллельные КМЦ (ПКМЦ) [15,70]. ПКМЦ базируются на следующих определениях.
Определение 2.2. Параллельной КМЦ называется множество КМЦ, находящихся в иерархической зависимости друг от друга и проистекающих параллельно (одновременно). Определение 2.3. Иерархическими КМЦ называется множество упорядоченных КМЦ, при этом признаком упорядочения является инициализация одной КМЦ другой. Определение 2.4. Первая частная КМЦ, инициализирующая какие-либо другие частные КМЦ, называется материнской. Остальные КМЦ называются дочерними. Определение 2.5. Материнским называется граф, отображающий материнскую КМЦ. Дочерним называется граф, отображающий дочернюю КМЦ. Материнский граф располагается горизонтально, а дочерние как вертикально так и горизонтально. Определение 2.6. Графы, располагающиеся горизонтально, называются ярусами. Определение 2.7. Графы, располагающиеся вертикально, называются уровнями.
Рассмотрим для примера типовую подсеть связи, варианта «один-два», в одном направлении которой имеется составной канал связи, «плечи» которого имеют разную вероятность ошибки на элементарный символ. Структура такой подсети представлена на рисунке 2.3. В данной структуре введены следующие обозначения: У1, У2 - узлы 1-й и 2-й соответственно, ПУ - промежуточный узел (ПРУ осуществляющая переприем пакетов).
В данной подсети происходит проключение виртуальных каналов путем многократной передачи проключающих пакет-запросов сверху-вниз. Квитанции на полученные пакет-запросы не выдаются. Именно такой алгоритм про-ключения заложен в перспективную радиосеть типовой АСУ ПО [54].
Математическая модель оценивания коэффициента готовности РПРС с коммутацией пакетов в условиях изменения ее топологии, наличия переприемов пакетов и неоднородности каналов связи
Анализируемая РПРС типовой АСУ ПО является сложной системой и обладает как внешним, так и внутренним качеством. При этом внешние её свойства определяют её качество с точки зрения потребителя, а внутренние свойства определяют степень её совершенства [1,16].
Структура перспективной РПРС приведена на рисунке 3.1. В данной РПРС, как в условиях отсутствия, так и особенно в условиях наличия воздействий, возможны «скрытые» отказы каналов, вызванные подавлением их помехами [59, 65], а также вследствие рассредоточения пакетных радиоустановок (ПРУ) на территории района МД [54]. Компенсация потери связности из-за указанных причин и восстановление маршрутов в данной РПРС происходит путем периодического проключения виртуальных каналов [52, 54].
В разделе 2 были найдены количественные характеристики проключения виртуальных каналов в рассматриваемой РПРС, которые для данной сети являются внутренними.
Наиболее значимым (атрибутивным) свойством сети для её пользователей (звенья управления АСУ, речевые абоненты) является её готовность к передаче информации в произвольный момент времени. Данное свойство рассматриваемой системы связи является внешним и оценивается её коэффициентом готовности [13].
Коэффициент готовности рассматриваемой сети есть функция прокл. -1-прокл.э Авозд._) \г 1,1 где Тпрокл - время проключения виртуальных каналов; Тпрокл - период между проключениями виртуальных каналов; Х,ВОзд - интенсивность воздействия на сеть, приводящих к изменению её связности.
Величины тПр0Кл и Тпрокл находятся между собой в диалектическом противоречии. Действительно, с одной стороны интервал между проключениями (период) в рассматриваемой перспективной РПРС АСУ ПО необходимо уменьшать, что обеспечит более достоверное обнаружение скрытого отказа каналов. С другой стороны период проключения необходимо увеличивать, что уменьшит общее время недоступности сети для передачи основной информации. Разрешение этого противоречия заключается в оптимизации периода проключения каналов в рассматриваемой сети.
Время проключения сети тпрокл есть собственная характеристика сети, зависящая от принципов ее построения и алгоритмов функционирования и она определена в разделе 2. Интенсивность воздействия на сеть Я,возд есть внешняя характеристика, которая от сети не зависит. Порядок её нахождения представлен в подразделе 1.3. Следовательно, управляемым_параметром сети, от которого зависит коэффициент готовности, является период проключения ТПр0кл Тогда задача нахождения ТПрокл имеет следующий вид. Найти прокл — argniaX lvr(Тпрокл. j Апрокл. Л-возд./ W" / Тпрокл=(0,« )
Оценку коэффициента готовности рассматриваемой РПРС будем проводить при следующих допущениях [13].
Допущение 3.1 Готовность рассматриваемой РПРС снижается, если в ней происходит отказ хотя бы одного канала.
Допущение 3.2 Совокупность факторов, приводящих к отказам одного или нескольких каналов, подчиняется пуассоновскому закону с интенсивностью Арозд Допущение 3.3 Переходы рассматриваемой РПРС из одного состояния в другое есть дискретная марковская цепь с непрерывным временем (марковский процесс с непрерывным временем).
Известно, что марковский процесс с непрерывным временем обладает рядом свойств [23, 24,28]:
1) для марковского процесса с непрерывным временем финальная вероят ность перехода из А; -го состояния в Aj состояние выражается зависи мостью:
2) для марковского процесса, с непрерывным временем, условные функ ции распределения Fjj(t) времени ожидания перехода (ij) за время t совпадают с безусловным F(t) a. Ftp 1-е
3) для марковского процесса с непрерывным временем условное среднее время Hij пребывания в AJ-M состоянии до перехода в Aj-e состояние равно безусловному среднему времени щ пребывания в AJ-M состоянии. Условные и безусловные средние времена пребывания в каждом со стоянии по определению есть первые моменты соответствующих функций распределения. \ki = \t dF0{t)\li" Hi = J/ .(0;
4) для марковского процесса с непрерывным временем интенсивность а; потока событий переводящего систему из состояния А; является вели чиной, обратной безусловному среднему времени ЦІ пребывания в этом состоянии
