Способ моделирования варианта построения распределенной сети связи вышестоящей системы управления
Владельцы патента RU 2722924:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Михайловская военная артиллерийская академия" Министерства Обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области моделирования сложных технических систем и может быть использовано при их проектировании и реконфигурации сложных технических систем. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности оценки моделируемых процессов. Для этого указанный результат достигается за счет выбора структуры обобщенного показателя качества РСС вышестоящей системы управления, определения частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления, установления отношений порядка на совокупности частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления, вклада частных показателей в обобщенный показатель качества РСС вышестоящей системы управления на основе применения принципа максимума энтропии. 2 ил.
Изобретение относится к области моделирования сложных технических систем и может быть использовано при их проектировании и реконфигурации сложных технических систем.
Толкование терминов, используемых в заявке.
Под распределенными сетями связи (РСС) вышестоящей системы управления понимаются первичные сети связи, различающиеся используемой средой распространения сигнала и (или) развернутые на их базе вторичные сети связи, различающиеся реализуемым видом электросвязи (типом передаваемых сообщений, прикладной службой передачи данных) (Гаранин М.В. и др. Системы и сети передачи информации: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 2001. - 336 с., стр. 13-19; Ермишян А.Г. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях и соединениях: Учебник. Часть 1. Методологические основы построения организационно-технических систем военной связи. СПб.: ВАС, 2005. - 740 с., стр. 74).
Под пунктом управления понимается целостная, целеобусловленная, взаимосвязанная совокупность части или всего органа управления, обслуживающего персонала, технических средств управления и связи, других технических и иных средств (в стационарном или полевом варианте), находящаяся в движении или сосредоточенная в определенном месте - на одной или нескольких точках местности, с которого должностные лица органов управления осуществляют управление подчиненными подразделениями при подготовке и в ходе военных действий, в период боевого дежурства или учений различного назначения и характера (Ермишян А.Г. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях и соединениях: Учебник. Часть 1. Методологические основы построения организационно-технических систем военной связи. СПб.: ВАС, 2005. - 740 с., стр. 318).
Единая сеть электросвязи (ЕСЭ) представляет собой совокупность технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, выделенных сетей, технологических сетей связи, присоединенных к ЕСЭ, сетей связи специального назначения и других сетей электросвязи для передачи информации при помощи электромагнитных систем (Ломовицкий В.В. Основы построения систем и сетей передачи информации / Ломовицкий В.В., Михайлов А.И., Шестак К.В., Щекотихин В.М. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 382 с., стр. 160).
Известен способ, реализованный в изобретении «Способ формирования защищенной системы связи, интегрированной с Единой сетью электросвязи в условиях внешних деструктивных воздействий», патент RU №2544786, Н04В 7/24, G06F 21/00, опубликованный 20.03.2015, бюл. №8. Способ заключается в моделировании процессов: формирования РСС, измерения и анализе используемого ресурса ЕСЭ, измерения количества, периодичности и продолжительности внешних деструктивных воздействий, прогнозирования состояния ресурса ЕСЭ, применения РСС по назначению.
Наиболее близким по своей технической сущности и выполняемым функциям аналогом-прототипом к заявленному, является способ, реализованный в изобретении РФ «Способ моделирования процессов управления и связи на распределенной территории», патент РФ №2631970, G06F 9/00, опубликованный 29.09.2017, бюл. №28.
Способ-прототип заключается в моделировании: топологии РСС вышестоящей системы управления с учетом системы связи ПУ и ЕСЭ, процесса применения развернутой РСС вышестоящей системы управления по назначению, процесса взаимодействия элементов (узлов связи) РСС вышестоящей системы управления с системами связи ПУ и ЕСЭ, основных процессов управления: сбор, обработка, анализ данных.
Данный способ был выбран за основу в качестве прототипа для заявленного способа.
Технической проблемой в данной области является низкая достоверность оценки моделируемых процессов из-за отсутствия моделирования: выбора структуры обобщенного показателя качества РСС вышестоящей системы управления, определения частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления, установления отношений порядка на совокупности частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления, вклада частных показателей в обобщенный показатель качества РСС вышестоящей системы управления.
Техническая проблема решается созданием способа моделирования варианта построения РСС вышестоящей системы управления, обеспечивающего повышение достоверности оценки моделируемых процессов за счет моделирования: выбора структуры обобщенного показателя качества РСС вышестоящей системы управления, определения частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления, установления отношений порядка на совокупности частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления, вклада частных показателей в обобщенный показатель качества РСС вышестоящей системы управления на основе применения принципа максимума энтропии.
Техническая проблема решается тем, что способ моделирования варианта построения РСС вышестоящей системы управления заключающийся в том, что моделируют топологию варианта РСС вышестоящей системы управления, моделируют процесс применения варианта РСС вышестоящей системы управления по назначению, моделируют процесс взаимодействия элементов (узлов связи) РСС вышестоящей системы управления с системами связи ПУ и ЕСЭ, моделируют основные процессы управления, согласно изобретению дополнен следующими действиями: моделируют выбор структуры обобщенного показателя качества РСС вышестоящей системы управления, моделируют определение частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления, моделируют установление отношений порядка на совокупности частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления, моделируют вклад частных показателей в обобщенный показатель качества РСС вышестоящей системы управления на основе применения принципа максимума энтропии.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного способа, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие данный способ.
Заявленный способ поясняется чертежом, на котором показана:
фиг. 1 - схема моделирующего алгоритма варианта построения РСС вышестоящей системы управления;
фиг. 2 - весовые коэффициенты для частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления.
Реализовать заявленный способ можно в виде моделирующего алгоритма варианта построения РСС вышестоящей системы управления, представленного на фиг. 1.
В блоке 1 задают (вводят) исходные данные, а именно: количество частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления - I, совокупность частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления количество элементов (узлов и линий связи) РСС с учетом элементов систем связи пунктов управления (ПУ) и ЕСЭ РФ - 
количество сравниваемых вариантов построения РСС вышестоящей системы управления - J, идентификатор варианта построения РСС вышестоящей системы управления - j, совокупность сравнимых вариантов построения РСС вышестоящей системы управления 
В блоке 2 моделируют выбор структуры обобщенного показателя качества РСС вышестоящей системы управления, при этом, формируют на выбранной совокупности частных показателей качества РСС 
некоторой скалярной функции векторный аргумент:
где wi(j) - оценка i-го компонента вектора показателей качества j-го варианта построения РСС вышестоящей системы управления. Вид функции q(j), определяется тем, как моделируется вклад каждого показателя в комплексный показатель. При выборе структуры обобщенного показателя качества РСС используют функции аддитивного (2) или мультипликативного (3) вида:
где Si(j) - приведенные к единой шкале оценки i-го (i=1, 2, …, I) компонента вектора показателей живучести j-го (j=1, 2, …, J) варианта построения РСС;
Pi - коэффициенты относительной важности (весовые коэффициенты) соответствующих частных показателей.
В блоке 3 моделируют определение частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления - I, при этом, определяют коэффициенты относительной важности частных показателей качества вариантов построения РСС вышестоящей системы управления - Pi используя принцип максимума неопределенности. Целесообразность применения этого принципа обусловлена тем, что имеющаяся на ранних стадиях оценки информация не позволяет: определить точное значение относительной важности того или иного показателя во всех возможных условиях функционирования РСС вышестоящей системы управления; точно определить закон распределения вероятностей относительной важности частных показателей живучести РСС вышестоящей системы управления. Поэтому из всех возможных вариантов закона распределения вероятностей значений коэффициентов важности выбирают наиболее устойчивый. Таким вариантом является закон распределения, характеризующийся максимальным значением измеряемой энтропией неопределенности, остававшейся после использовании всей объективной информации доступной лицу, принимающему решение. Указанный вид закона распределения вероятностей основывается на минимуме домыслов. Следовательно, он является наиболее объективным в соответствующей информационной ситуации.
В блоке 4 моделируют установление отношений порядка на совокупности частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления, при этом, моделируют процесс анализа весовых коэффициентов Pi методом парного сравнения. В результате сравнения устанавливают линейные отношения порядка на множестве P={Pi} рассматриваемых коэффициентов, например P1≥Р2≥…≥PI (Методы оптимальных решений: Учебник. - И.Н. Мастяева, Г.И. Горемыкина, О.Н. Семенихина. - М.: КУРС: ИНФА-М, 2016. - 384 с.)
В блоке 5 моделируют вклад частных показателей в обобщенный показатель качества РСС вышестоящей системы управления на основе применения принципа максимума энтропии. При этом определяют численные значения величин Pi, то есть устанавливают способ преобразования предпочтений, заданных в виде сформированных отношений порядка, в соответствующие точечные оценки. Способом такого преобразования является использование моделей, предложенных Фишберном для априорного получения не противоречащих некоторой системе линейных ограничений точечных оценок вероятностей событий. Если различные показатели качества РСС каждого варианта построения РСС равноправны, то обладающим максимумом энтропии, т.е. наиболее устойчивым, является равномерное распределение. С учетом этого величины Pi определяются по формуле:
При установлении для элементов множества P={Pi} простого линейного отношения порядка P1≥P2≥…≥PI весовые коэффициенты Рi рассчитываются по формуле:
При установлении для элементов множества Р={Pi} строгого отношения порядка P1>P2>…>PI, весовые коэффициенты Pi рассчитываются по формуле:
При установлении для элементов множества P={Pi} усиленного линейного отношения порядка 
в качестве точечных оценок величин весовых коэффициентов могут быть приняты значения:
Значения весовых коэффициентов для рассмотренных вариантов упорядочения частных показателей качества при I=5 изображены на фиг. 2.
В блоке 6 моделируют топологию варианта построения РСС вышестоящей системы управления с учетом обобщенного показателя качества.
Используют условный вариант построения РСС, обладающий наибольшими значениями выбранных показателей качества РСС (Методы оптимальных решений: Учебник. - И.Н. Мастяева, Г.И. Горемыкина, О.Н. Семенихина. - М.: КУРС: ИНФА-М, 2016. - 384 с.).
При этом каждый вариант построения РСС может быть охарактеризован значениями относительными значениями частных показателей:
Вводят параметр dij, причем dij=1, если увеличение 
ведет к повышению предпочтительности варианта построения РСС и dij=0 - в противном случае. Тогда качество сравниваемых вариантов построения РСС может быть формально представлено величинами Si(j), причем 
при dij=1 и 
при dij=0.
Топология размещения 
-элементов РСС вышестоящей системы управления с учетом систем связи ПУ и ЕСЭ представлена с учетом нескольких групп элементов. Для каждой группы элементов осуществляется генерация координат районов их размещения. Имитация координат размещения элементов РСС вышестоящей системы управления с учетом систем связи ПУ и ЕСЭ всех групп осуществляется последовательно от групп с наименьшими номерами к группам с наибольшими номерами в порядке возрастания. Структура моделируемой РСС может быть смоделирована с помощью имитаторов формальных математических моделей каналов связи, основанных на аппарате системных функций (Галкин А.П. и др. Моделирование каналов систем связи. - М.: Связь, 1979. - 96 с., стр. 40-52).
В блоке 7 моделируют процесс применения варианта построения РСС вышестоящей системы управления по назначению. При этом структура исследуемой системы рассматривается как совокупность {L} двухполюсных систем. Полюсами в двухполюсных системах, в нашем случае, являются объекты органов вышестоящего управления (Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992. - 206 с., стр. 125).
В блоке 8 моделируют процесс взаимодействия элементов (узлов связи) РСС вышестоящей системы управления с системами связи ПУ и ЕСЭ при этом:
- моделируют формирование управляющих команд вышестоящей системы управления по линиям связи на применение технических средств (Основы теории управления в системах военного назначения. Часть 1. Учебное пособие. Е.А. Карпов и др. / Под редакцией А.Ю. Рунеева и И.В. Котенко. СПб.: ВУС, 2000. - 194 с., стр. 20-22);
- моделируют передачу управляющих команд на проведение мероприятий по противодействию: разведки злоумышленника, подавлению технических средств и всестороннего воздействия на элементы вышестоящей системы управления (Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие / В 3 томах. Том 3. - Мультисервисные сети / В.В. Величко, Е.А. Субботин, В.П. Шувалов, А.Ф. Ярославцев; под редакцией профессора В.П. Шувалова. - 2-е изд., стереотип. - М.: Горячая линия-телеком, 2015. - 592 с., стр. 229-255), Гаранин М.В. и др. Системы и сети передачи информации: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 2001. - 336 с., стр. 11-12);
- моделируют процессы маскировки и защиты от подавления и всестороннего воздействия (Меньшаков Ю.К. Защита объектов и информации от технических средств разведки. - М.: Российск. гос. гуманит. ун-т. - 2002 г., 399 с. стр. 20-25).
В блоке 9 моделируют основные процессы управления: сбор, обработка, анализ данных о интенсивности и продолжительности предоставления телекоммуникационных услуг объектам вышестоящей системы управления (Основы теории управления в системах военного назначения. Часть 1. Учебное пособие. Е.А. Карпов и др. / Под редакцией А.Ю. Рунеева и И.В. Котенко. СПб.: ВУС, 2000. - 194 с., стр. 27-28), (Основы теории управления в системах военного назначения. Часть 1. Учебное пособие. Е.А. Карпов и др. / Под редакцией А.Ю. Рунеева и И.В. Котенко. СПб.: ВУС, 2000. - 158 с., стр. 12-17)
В блоке 10 оценивают степень удовлетворения объектов вышестоящей системы управления телекоммуникационными услугами - Nусл. ОВСУ ≥ Nтреб. усл. ОВСУ. В случае, если объекты вышестоящей системы управления не удовлетворены требуемым набором телекоммуникационных услуг, осуществляется возврат к блоку 1, где происходит корректирование исходных данных, а именно: совокупность частных показателей качества РСС вышестоящей системы управления 
и совокупность сравнимых вариантов построения РСС вышестоящей системы управления 
Если же объекты вышестоящей системы управления удовлетворены требуемым набором телекоммуникационных услуг, то переходят к блоку 11, где производят остановку процесса моделирования.
Оценка эффективности предлагаемого способа проводилась путем сравнения достоверности оценки полученных результатов при моделировании процессов, реализующих способ-прототип и при моделировании соответствующих процессов для предлагаемого способа.
Из формулы 11.8.6 (Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. - 1988 г., 480 с., стр. 463):
где Ф - функция Лапласа;
N - количество моделируемых событий;
рош - реальное значение оценки;
- требуемое значение оценки;
ε - величина доверительного интервала;
N - количество моделируемых событий, причем:
N=k×n,
где k - число материальных действий;
n - число реализаций материальных действий,
Достоверность результатов моделирования рассмотренных процессов, протекающих в сформулированном способе определяется по формуле:
Перейдем от функции Лапласа к ее аргументу (Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992, 206 с., стр. 14):
Тогда:
Для случая, когда рош; 
вычислить не удается, можно воспользоваться упрощенной формулой для наихудшего случая 
Тогда: 
Определим 
и 
принимая ε=0,05, а k=4, n=1000 для каждого действия над материальным объектом, тогда N=4000 для прототипа при моделировании: а) формирования топологии, б) процесса применения по назначению РСС в) процессов взаимодействия, г) основных процессов управления, k=8, n=1000 для каждого действия над материальным объектом, тогда N=8000 для предлагаемого способа дополнительно к функциям прототипа при моделировании: д) выбора структуры обобщенного показателя качества, е) определения частных показателей качества, ж) установлении отношений порядка на совокупности частных показателей качества, з) вклада частных показателей в обобщенный показатель качества.
Оценка эффективности заявленного способа:
Таким образом, решается техническая проблема.
Способ моделирования варианта построения распределенной сети связи вышестоящей системы управления, заключающийся в том, что моделируют топологию варианта распределенной сети связи вышестоящей системы управления, моделируют процесс применения варианта распределенной сети связи вышестоящей системы управления по назначению, моделируют процесс взаимодействия элементов (узлов связи) распределенной сети связи вышестоящей системы управления с системами связи пункта управления и единой сети электросвязи, моделируют основные процессы управления, отличающийся тем, что моделируют выбор структуры обобщенного показателя качества распределенной сети связи вышестоящей системы управления, моделируют определение частных показателей качества распределенной сети связи вышестоящей системы управления, моделируют установление отношений порядка на совокупности частных показателей качества распределенной сети связи вышестоящей системы управления, моделируют вклад частных показателей в обобщенный показатель качества распределенной сети связи вышестоящей системы управления на основе применения принципа максимума энтропии.
