Содержание к диссертации
Введение 4
1- МЕТОДОЛОГИЯ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ СЛОЖНЫХ
СИСТЕМ 10
1.1. Проблемы синтеза структуры сложных систем 12
1Л.1. Задачи структурного построения сложных систем 13
1 Л.2. Аїрегатаві-іо-декомпозиционный подход к формализации задач
анализа и синтеза структуры систем 21
1 A3. Методология и языки имитационного моделирования 28
1.2. Управление развитием структур сложных систем 44
1.2.1. Формализация задач планирования развития систем 45
Выводы по раздел^' ] 52
2. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ АСУ СПУТНИКОВОЙ
СИСТЕМОЙ СВЯЗИ 54
2.1, Концепция построения автоматизировашюй системы управления
спутниковой системой связи 55
2.1Л. Назначение и состав АСУ СС 56
2.1.2. Основные функции системы и взаимодействие с НКУ 60
2.2, Центр управления системой связи: функции и назначение 66
2.3, Аппаратно-программные комплексы ЦУСС 69
АПК распределения ресурса 69
АПК баз данных 70
АПК планирования сеансов управления связью 71
АПК контроля трафика абонентов 72
Выводы по разделу 2 72
3. МОДЕЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ
СТРУКТУРЫ АСУ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМОЙ СВЯЗИ 73
Модельное обеспечение управления развитием структуры АСУ спутниковой системой связи 73
Кластерные решения повышения надежности на этапе развития структуры АСУ ССС 80
Кластерные решения как способ повышения надежности 82
Типы кластеров 84
Уровни избыточности при организации катасгрофоустойчивого кластера 89
Сценарии отказов кластерной инфраструктуры 91
3.3. Оптимизация управления развитием кластерной структуры
АСУ спутниковой системой связи 95
Система кластеров 95
Кластер-кворум 96
3.3.3. Оптимизационная задача планирования развития структуры
кластерной системы 97
3.4. Реализация комплекса моделей управления развитием
структуры АСУ ССС 101
Структура программной системы 101
Требования к программному и аппаратному обеспечению 104
Имитационное моделирование в среде GPSS WSV 105
Алгоритм работы с программным комплексом 109
Выводы по разделу 3 117
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ СТРУКТУРЫ АСУ КОСМИЧЕСКОГО
КОМПЛЕКСА СВЯЗИ 119
4.1. Функциональное построение комплекса связи 119
Архитектура комплекса связи и его состав 119
Функции базовой сети обмена данными 122
Бортовой радиотехнический комплекс 123
Функции комплекса пользователей 124
Функции автоматизированной системы управления комплексом связи 12 5
4.2. Принципы организации связи в комплексе J 27
Повышение пропускной способности комплекса связи 127
Многостанционный доступ 129
Маршрутизация 130
Вероятностные характеристики в спутниковых каналах управления 131
Взаимодействие с сетями общего пользования 133
4.3. Автоматизированная система управления космическим
комплексом связи 140
Состави взаимодействие средств АСУ КС 140
Задачи АСУ комплексом связи 142
Вычислительный центр АСУ КС 143
Состав средств ВЦ АСУ КС 145
Состав средств АСУ КС PC 147
Реализация принципов построения АСУ КС 149
Аппаратно-программные средства при управлении КА и ОГ 153
Выводы по разделу 4 155
Основные результаты и выводы 15 7
Список использованных источников 159
Приложение 1
Введение к работе
Одной из характерных особенностей современного развития информационно-телекоммуникационных систем является усложнение структуры различных подсистем, включая компоненты космического базирования, что, в первую очередь, обусловлено ростом размеров и сложности процессов обработки и передачи информации и процессов управления самими подсистемами. Это выдвигает ряд проблем, связанных с научно-обоснованным построением структуры таких систем, эффективным формированием состава подсистем передачи и обработки информации, включая космический сегмент. Актуальными являются вопросы постановки и формализации задач синтеза структур, разработки оптимизационных и имитационных моделей, а таюке построения иа их основе процедур синтеза структуры систем, позволяющих учитывать динамику функционирования элементов системы.
В связи со сложностью постановки и решения задач синтеза структуры сложных систем наибольший эффект от их использования может быть достигнут в настоящее время при создании крупномасштабных и типовых систем массового использования, в частности, АСУ спутниковых систем связи. Существенное влияние на структуру систем управления оказывает развитие средств вычислительной техники наземного комплекса АСУ спутниковых систем связи (появление многопроцессорных и многомашинных вычислительных комплексов и сетей ЭВМ), а также бортовых вычислительных комплексов и систем обмена информацией. Все это увеличивает число анализируемых вариантов построения системы, повышает требования к эффективности и качеству принимаемых проектных решений по выбору и дальнейшему развитию структуры системы.
Таким образом, теоретическая и практическая значимость задачи совершенствования модельно-алгоритмического обеспечения процессов управления развитием АСУ спутниковых систем связи на базе космического
аппарата «Гонец-М» обусловили выбор темы исследования и определили её актуальность.
Объектом исследования является АСУ спутниковой системой связи.
Предмет исследования - структуры автоматизированных информационно-управляющих систем, включая многомашинные комплексы и сети связи, АСУ наземным комплексом и бортовые системы КА «Гонец-М».
Цель исследования: повышение эффективности управления развитием структур АСУ спутниковых систем связи.
Одной из целей, на достижение которой направлена данная работа, является проектирование АСУ комплексом связи НКСС «Гонец» для автоматизированного управления связными ресурсами космического и наземного сегментов системы, обеспечивающих выполнение целевой задачи по передаче информационных сообщений.
Для достижения поставленной цели решались задачи:
провести анализ существующих методик, моделей и алгоритмов управления развитием структур сложных систем обработки информации управления;
разработать системотехнические решения для управления развитием кластерных структур АСУ спутниковой системой связи;
выполнить формализацию постановок задач оптимизационного формирования и управления развитием надежных структур АСУ спутниковой системой связи;
построить алгоритмы решения моделей надежностного формирования и управления развитием структур АСУ спутниковой системой связи;
программно реализовать и апробировать предложенное модельно-алгоритмическое обеспечение в реальных задачах проектирования и управления развитием структуры АСУ космического комплекса связи «Гонец-М».
Методы исследования. При выполнении работы использовались методология анализа и синтеза структур сложных систем, математическое и вероятностное моделирование параметров сложных систем, методы оценки надежности сложных систем, теория надежности систем обработки информации.
Научная новизна исследований заключается в создании на основе оптимизационно-имитационного подхода модельно-алгоритмического обеспечения управления развитием структур АСУ сггутниковых систем связи, что обеспечило высокую надежность обработки информации и обоснованность выбора рациональных вариантов развития структуры системы с учетом категории кластеров на многоэтапном периоде функционирования системы.
1.Выполнена формализация задач планирования и управления развитием структур АСУ спутниковых систем связи,
2,Построена новая оптимизационная модель и модифицирован алгоритм, основанный на схеме метода «ветвей и границ», для анализа вариантов развития кластерной инфраструктуры АСУ спутниковой системы связи, обеспечившие последовательное поэтапное повышение уровня катастрофоустойчивости системы.
3. Показана эффективность применения оптимизацио нно-
имитационных процедур при интерактивном формировании и управлении
развитием кластерных структур АСУ спутниковой системы связи.
4. Модельно-алгоритмический аппарат автоматизации процессов
управления развитием кластерных структур АСУ спутниковой системы связи
реализован в виде интерактивного программного комплекса с
использованием современных сред и подходов.
Значение для теории. Результата, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу для разработки моделей, методов и алгоритмов, направленных на эффективный анализ
надежности и оптимальное управление развитием сложных структур систем обработки информации.
Практическая ценность.
Разработанное в диссертации модельно-алгоритмическое обеспечение может применяться при проектировании высоконадежной кластерной структуры АСУ спутниковых систем связи. Созданные на их базе в составе средств проектирования системы программно-алгоритмической поддержки и автоматизации формирования структур АСУ сокращают сроки и снижают стоимость разработки, увеличивают надежность и улучшают сопровождение системы. Надежностное формирование кластерных структур АСУ ССС позволяет решать новые задачи по качественной оценке уровня катастрофоустойчивости системы (экспресс-анализ «кластер-кворума») и оптимальному развитию структуры системы при адекватной избыточности компонент.
Разработанные в рамках диссертационного исследования программные системы позволяют оценивать уровень надежности и управлять развитием структур систем управления и обработки информации (генерируя оптимальный план развития системы на многоэтапный период), применяемых в различных областях науки и производства.
Достоверность полученных результатов подтверждается тестированием и оценкой результатов применения разработанной системы в реальных проектах, а также согласованностью расчетных и экспериментальных данных.
Реализация результатов работы.
Диссертационная работа выполнялась в рамках Федеральной космической программы России - ОКР «Гонец-М» (постановление Правительства РФ № 288 от 30.03.2000г.), НИР «Приборостроение» НПО ПМ, а также в рамках тематического плана НИР СибГАУ (2001-2006 гг.).
Созданные на основе оптимизационно-имитационного подхода программные системы выбора структуры АСУ спутниковой системой связи прошли экспертизу и зарегистрировала в Отраслевом фонде алгоритмов и программ (№ гос. регистрации 50200400561, (Per. № ОФАП 3565); (№ гос. регистрации 50200400275, (Per. № ОФАП 3292)), что делает их доступными для широкого круга специалистов по моделированию и оптимизации структур сложных информационно-управляющих систем. Разработанное модельно-алгоритмлческое обеспечение и реализующие его программные системы были успешно апробированы в НПО Прикладной механики (і. Железногорск) при формировании и управлении развитием структур АСУ космическим комплексом связи «Гонец-М».
Материалы диссертационной работы введены в учебные курсы и используются при чтении лекций студентам кафедры Системного анализа и исследования операций Сибирского государственного азрокосмического университета по дисциплинам «Системный анализ в сложных системах» к «Интеллектуальные информационные технологии».
На защиту выносятся:
форматизация задач планирования и управления развитием структур АСУ спутниковых систем связи;
оптимизационная модель анализа вариантов развития кластерной инфраструктуры АСУ спутниковой системы связи, обеспечивающая последовательное поэтапное повышение уровня катастрофоустоичивости системы;
алгоритм, основанный па процедуре просмотра вариантов решения, использующей схему «ветвей и границ», позволивший формализовать условия выбора для каждого кластера одной категории из допустимого множества;
оптимизационно-имитационные процедуры, обеспечивающие интерактивный режим формирования и управления развитием кластерных структур АСУ спутниковой системой связи;
система м оделыв> алгоритмической поддержки для оценки
надежностных свойств и управления планом развития структуры АСУ
космического комплекса связи «Гонец-М».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы прошли апробацию на конференциях различного уровня и научных семинарах. В том числе:
на международной научно-практической конференции П-го Сибирского авиационно-космического салона, Красноярск, 2002 г.;
на Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции - экономика», Красноярск, 2003 г.;
на Всероссийской научно-практической конференции «Молодежь Сибири - науке России», Красноярск, 2003 г.;
на 9-й международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях», Воронеж, 200*1 г.;
на Всероссийской заочной электронной конференции «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники», Москва, 2005 г. Диссертационная работа в целом обсуждалась на научных семинарах
кафедры Системного анализа и исследования операций Сибирского государственного аэрокосмического университета (2002-2006 п\) и Научно-исследовательского института систем управления, волновых процессов и технологий (2001-2006 гг.).
Публикации- По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ. В том числе, одна статья в журнале по списку ВАК, восемь стагей в межвузовоских сборниках научных трудов и три статьи в материалах Всероссийских научно-практических конференций. Две программные разработки прошли регистрацию в Отраслевом фонде алгоритмов и программ. Полный список публикаций представлен в конце автореферата.
