Предоставление каналов по требованию в перспективной радиосети АСУ промышленного назначения с ограниченным общим коммуникационным ресурсом служебных и рабочих каналов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Лапшин, Вадим Юрьевич

• Лапшин, Вадим Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лапшин, Вадим Юрьевич

Список сокращений и обозначений 4 Введение.

1 Анализ особенностей информационного обмена в радиосети

АСУ ПН и задача оптимизации процедуры ПКТ в такой радиосети.

1.1 Анализ структуры информационной сети АСУ промышленного назначения с подвижными объектами.

1.2 Особенности построения и функционирования перспективных информационных радиосетей, используемых в интересах АСУ

ПН ПО.

1.3 Системный анализ особенностей перспективной радиосети.

Постановка задачи исследования.

Выводы по первому разделу.

2 Математическая модель процесса ПКТ в перспективной радиосети АСУ ПН с учетом совместного функционирования служебных и рабочих каналов.

2.1 Разработка математической модели запросно-вызывного канала со случайным множественным доступом для конечного числа разнородных абонентов.

2.2 Разработка математической модели подсистемы распределения рабочих каналов.

2.3 Разработка комплексной математической модели процесса предоставления каналов по требованию в мультисервисной радиосети.

2.4 Результаты моделирования. Оптимизация распределения общего коммуникационного ресурса для повышения оперативности информационного обмена в радиосети с предоставлением каналов по требованию.

Выводы по второму разделу.

3 Методика оптимизации использования общего изменяемого КР служебных и рабочих каналов в перспективной радиосети АСУ ПН, функционирующей в режиме ПКТ, в условиях динамики трафика абонентов.

3.1 Перераспределение общего изменяемого КР между служебными и рабочими каналами как способ повышения оперативности информационного обмена абонентов в условиях динамики их трафика.

3.2 Подготовка исходных данных. Статистическая оценка параметров системы предоставления каналов по требованию

3.2.1 Обоснование интервала наблюдения (измерения) параметров процесса предоставления каналов по требованию.

3.2.2 Определение параметров законов распределения характеристик запросно-вызывного канала.

3.2.3 Оценка интенсивности парциального первичного трафика абонентов радиосети.

3.3 Алгоритм перераспределения изменяемого доступного коммуникационного ресурса радиосети между служебными и рабочими каналами в условиях динамики первичного трафика.

Выводы по третьему разделу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Предоставление каналов по требованию в перспективной радиосети АСУ промышленного назначения с ограниченным общим коммуникационным ресурсом служебных и рабочих каналов»

Основу могущества любого государства составляет его экономика, базирующаяся на эффективной современной промышленности в основных её отраслях. В свою очередь, современные промышленные производства, как правило, оказываются сложными и включают в себя совокупность разнородных процессов, завязанных в единую технологическую цепь. Это справедливо для металлургии и химической промышленности, нефте- и газодобычи с её транспортной системой, предприятий автопрома, энергетических сетей, огромных рудных и угольных разрезов, объектов атомной промышленности и коммунального хозяйства крупных городов. Особенностью современных производств и их инфраструктуры является значительная территориальная рассредоточенность объектов, включенных в единый технологический цикл.

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 [21,24,43,46,47,75,78]. Примером таких АСУ являются АСУ ОАО «Газпром», «Роснефть», АСУ «Выборы», АСУ МЧС и АСУ силовых министерств и ведомств [43,75,87,103].

АСУ территориально распределенными объектами имеют ряд общих особенностей, которые позволяют выделить для исследования новый объект - АСУ промышленного назначения (АСУ ПН), и на его базе провести обоснованный анализ и синтез ее информационной сети. Как правило, в АСУ ПН значительная часть звеньев управления (ЗУ) являются подвижными объектами (ПО). Необходимость обеспечения высокой динамики управления различными ПО в современных изменяющихся условиях требует совершенствования как АСУ ПН в целом, так и ее информационной сети связи, являющейся материальной базой управления [102,103].

Основу информационной сети для АСУ ПН территориально распределенных ПО составляет система радиосвязи метрового диапазона, спутниковая на базе подсистемы спутниковой связи, тропосферная, а также КВ связь. Наиболее востребованной составляющей общей системы радиосвязи АСУ ПН с ПО является система КВ радиосвязи, которая базируется на различных приемо-передающих комплексах (1JL1JLK) [16,102, 103,112].

Информационные сети АСУ ПН, в основном, являются иерархическими сетями, имеющими рокадные связи, а также сетями решетчатой структуры. Скорости передачи информации радиоканалов, соединяющих узлы сети АСУ ПН, как правило, лежат в пределах от 1,2 кбит/с до 16 кбит/с [112].

В настоящее время промышленностью РФ ведутся работы по созданию перспективных цифровых 111JLK КВ диапазона, обеспечивающих передачу разделяемого по времени потока информации со скоростью до 16 и даже 19,2 кбит/с. Его особенностью является то, что, во-первых, его пропускная способность (коммуникационный ресурс) есть цифровые потоки информации (по передаче и приему), во-вторых, эта пропускная способность является ресурсом, разделяемым во времени (по передаче) и разделяемым по времени и по пространству (по приему), в-третьих, формирование сигналов на передающей стороне и их прием и обработка на приемной стороне осуществляется методами цифровой обработки сигналов, в-четвертых, обеспечение заданной помехозащищенности радиоканалов осуществляется за счет использования широкополосных сигналов (ШПС), реализуемых способом псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ) [101,102].

В потенциале такая система способна обеспечить радиосвязь любых стационарных и ПО в рамках контура управления рассматриваемой АСУ ПН при сравнительно небольших излучаемых мощностях (~100 Вт). Применение современных антенн с технологией MIMO позволяет избежать в декаметро-вом диапазоне «мертвых» зон. Использование псевдослучайной перестройки рабочих частот (ППРЧ) в декаметровых радиоканалах в сочетании с адаптацией по частоте позволяет получить коэффициент готовности направления связи 0,99 и выше даже в условиях помеховых воздействий. Использование перспективных сигнально-кодовых конструкций (СКК) и цифровых методов их формирования и обработки позволяет в потенциале обеспечить в декамет-ровом радиоканале пропускную способность до 19,2 кбит/с и более. Все это делает декаметровую радиосвязь чрезвычайно перспективной для применения в сети АСУ ПН [103].

Данные ППК и системы радиосвязи должны формировать первичную сеть связи для вторичных сетей территориально распределенных ПО: информационную сеть ЗУ АСУ ПН, вторичную сеть оперативного речевого управления (ОРУ), вторичную сеть межкомпьютерного обмена (МКО) [103].

Переход в сети АСУ ПН на перспективные радиосредства позволит увеличить суммарную пропускную способность информационной сети более чем в 2 раза (в пересчете на канал связи со скоростью 1,2 кбит/с). В то же время применение современных информационных технологий, используемых для построения АСУ ПН, приводит к значительному увеличению объема информационных потоков между ЗУ и, соответственно, в перспективной радиосети АСУ ПН. При этом жесткие требования по вероятностно-временным характеристикам доведения информации, предъявляемые ЗУ АСУ ПН, однозначно приводят к требованию выделения им перспективной радиосетью нужного числа закрепленных каналов с фиксированной минимально достаточной пропускной способностью [112]. Следствием указанного факта является невозможность предоставить остальным абонентам информационной сети (ОРУ и МКО) закрепленные каналы, которые бы обеспечили требуемые характеристики информационного обмена. Таким образом, возникает задача обслуживания абонентского трафика сети АСУ ПН с приемлемым качеством в условиях нехватки общего коммуникационного ресурса радиосети связи [102,103].

Как известно, существует два пути решения данной задачи: либо организация случайного множественного доступа (СМД), либо предоставление каналов по требованию (ПКТ). Случайный доступ наиболее предпочтителен для сетей с большим числом низкоскоростных терминалов, генерирующих пульсирующий трафик. Число терминалов в подобных сетях исчисляется сотнями и тысячами единиц. Однако, протоколы случайного доступа не гарантируют заданное качество обслуживания (Quality of Service, QoS) [20,60].

Протоколы предоставления каналов по требованию (Demand Assignment Multiple Access, DAMA), пытаются решить указанную задачу путем организации с главной станции (ГС) радиосети динамического распределения пропускной способности информационной сети в зависимости от требований абонентов. Запросы последних на выделение части коммуникационного ресурса должны быть переданы в адрес ГС до начала передачи пользовательского трафика. Как правило, запросы передаются в режиме СМД. После успешного резервирования запрошенного ресурса передача пользовательских данных происходит в бесконфликтном режиме - частотного (FDMA), временного (TDMA) или кодового (CDMA) разделения каналов [35-37,93].

Анализ характера трафика абонентов в СПД ПН и требований по ВВХ его обслуживания показывает, что для абонентов ОРУ и МКО в перспективной радиосети должна быть организована процедура ПКТ. Такой подход в настоящее время успешно применяется в системах спутниковой связи (ССС), в мобильной сотовой связи и транкинговых системах связи. Как правило, в таких системах общий коммуникационный ресурс (КР) жестко разделен между служебными каналами (СК), которые предназначены для организации процедуры обслуживания абонентов, и рабочими каналами (РК), предназначенными непосредственно для передачи абонентского трафика [19,26,37].

Отметим, что для существующих систем связи с ПКТ характерно, во-первых, наличие достаточно большого общего объема КР, что позволяет заранее назначить тр ебуемое количество СК с учетом возможной динамики абонентской нагрузки, а, во-вторых, наличие большого числа абонентов, позволяющее пренебречь колебаниями входной нагрузки, связанными с началом и окончанием сеансов обслуживания [52,53,64].

В отличие от существующих систем рассматриваемая перспективная радиосеть сеть АСУ ПН ПО характеризуется малым количеством каналов, доступных для распределения (около 15), и относительно небольшим числом абонентов ОРУ и МКО (около 80-100). Кроме того, абонентский трафик не является стационарным, а объем доступного КР радиосети может изменяться в следствие наличия различных помеховых воздействий [56,102,103].

В таких условиях особенно остро стоит задача обеспечения эффективности использования каждой единицы КР. При фиксированном делении коммуникационного ресурса радиосети между служебными и рабочими каналами велика вероятность простаивания CK при перегрузке рабочих каналов (абоненты находятся на обслуживании или в очереди, ожидая начала обслуживания, и не генерируют вызывной трафик) либо обратная ситуация с простаиванием рабочих каналов в условиях блокировки СК [61,62]. В обоих случаях оперативность информационного обмена заметно снижается. Таким образом, для поддержания нормального режима функционирования перспективной радиосети с ПКТ в условиях динамики трафика и доступного КР необходимо динамически перераспределять КР между служебными и рабочими каналами в зависимости от текущего состояния радиосети.

Вопросам построения радиосетей с ПКТ большое внимание уделено в школах таких ученых как Цыбаков Б.С., Лазарев В.Г., Присяжнюк С.П., Кам-нев В.Е., Черкасов В.В., Чечин Г.В., Волков Л.Н., Немировский М.С., Шина-ков Ю.С., Аболиц А.И., Акимов А.А., Белов А.С., Цимбал В.А., Шиманов С.Н., Клейнрок Л., Дэвис Д., Барбер Д., Спилкер Дж., Степанов С.Н., Тепляков И.М., Комашинский В.И., Максимов А.В., Смородов П.С. и другие. Однако вопрос динамического перераспределения общего КР между пулами СК и РК в динамике абонентского трафика с целью обеспечения максимальной оперативности информационного обмена остается открытым [56].

В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: в перспективной системе радиосвязи АСУ ПН ПО, реализующей режим ПКТ с малым общим КР при динамике нагрузки и нестационарности КР вероятными являются ситуации, когда наблюдается либо перегрузка рабочих каналов и простаивание СК, либо перегрузка СК и простаивание рабочих каналов.

Разрешение этого противоречия заключается в разработке научно-методического аппарата динамического перераспределения общего КР между СК и РК в перспективной радиосети с ПКТ АСУ ПН.

Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертационной работы «Предоставление каналов по требованию в перспективной радиосети АСУ промышленного назначения с ограниченным общим коммуникационным ресурсом служебных и рабочих каналов».

Цель работы: повышение оперативности предоставления каналов по требованию абонентам в перспективной радиосети АСУ ПН.

Объект исследования: режим предоставления каналов по требованию в перспективной радиосети АСУ ПН.

Предмет исследования: методики, методы и модели использования общего изменяемого КР служебных и рабочих каналов в условиях динамики трафика абонентов.

Научная задача: разработка научно-методического аппарата оптимального использования общего изменяемого КР служебных и рабочих каналов в перспективной радиосети АСУ ПН, функционирующей в режиме с ПКТ, в условиях динамики трафика абонентов.

В ходе решения научной задачи были сформированы следующие результаты, представляемые к защите:

1. Математическая модель процесса предоставления каналов по требованию в перспективной радиосети АСУ промышленного назначения с учетом совместного использования служебных и рабочих каналов.

2. Методика оптимизации использования общего изменяемого коммуникационного ресурса служебных и рабочих каналов в перспективной радиосети АСУ промышленного назначения, функционирующей в режиме предоставления каналов по требованию, в условиях динамики трафика абонентов.

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в том, что:

1. Математическая модель процесса предоставления каналов по требованию в перспективной радиосети АСУ промышленного назначения с учетом совместного использования служебных и рабочих каналов впервые рассматривает служебные и рабочие каналы как общий перераспределяемый коммуникационный ресурс радиосети, участвующий в информационном обмене разнородных абонентов.

2. Методика оптимизации использования общего изменяемого коммуникационного ресурса служебных и рабочих каналов в перспективной радиосети АСУ промышленного назначения, функционирующей в режиме предоставления каналов по требованию, в условиях динамики трафика абонентов в отличие от известных позволяет, во-первых, найти оптимальное деление общего КР между СК и РК, обеспечивающее минимум среднего времени обслуживания совокупного абонентского трафика, во-вторых, позволяет поддерживать данное оптимальное деление при динамике трафика и изменении доступного КР. Достоверность и обоснованность научных результатов подтверждается корректностью и логической обоснованностью решенных частных подзадач, использованием апробированного математического аппарата теории конечных марковских цепей, теории массового обслуживания, принятых допущений и ограничений, математического моделирования на основе пакета прикладных программ, подтверждается сходимостью аналитических результатов с результатами имитационного моделирования и их непротиворечивостью с фундаментальными положениями известных научных работ и физикой исследуемых процессов и, кроме того, подтверждается получением при определенных условиях и допущениях частных решений, являющихся результатом применения ранее известных методик.

Практическая значимость научных результатов заключается в том, что они доведены до уровня методики, алгоритмов и машинных продуктов и позволяют на стадии проектирования и эксплуатации закладывать в программное обеспечение главной и абонентских станций перспективной радиосети с ПКТ АСУ ПН процедуру перераспределения общего КР между СК и РК в условиях динамики совокупного абонентского трафика и изменения общего КР. Использование результатов диссертации позволяет повысить оперативность информационного обмена абонентов ОРУ и МКО перспективной радиосети АСУ ПН до 20%, а также значительно снизить требования к ресурсам вычислительной системы ГС, реализующей данную процедуру, что свидетельствует о высокой реализуемости методики в контуре оперативного управления режимом ПКТ.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на: 14 НТК различного уровня, в том числе 9 Международного уровня, 4 Всероссийского уровня, 1 Межрегионального уровня. Опубликованы в 24 работах, из них: 20 статей в научно-технических сборниках и журналах, две из которых опубликованы в журнале из перечня ВАК, 3 отчета об ОКР, 1 патент на полезную модель.

Результаты работы реализованы:

1. В МОУ «ИИФ» при обосновании алгоритмических решений модуля управления доступом модема ППРЧ в рамках ОКР «ППРЧ-ИИФ» (акт о реализации МОУ «ИИФ» от 04.12.2012 г.).

2. В Военной академии РВСН имени Петра Великого (филиал в г. Серпухов Московской области) в учебном процессе по кафедре «Автоматизированные системы управления» (в ходе дипломного проектирования и при изучении дисциплины «Информационные сети и телекоммуникации») (акт о реализации ФВА РВСН от 21.12.2012 г.).

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Лапшин, Вадим Юрьевич

Выводы по третьему разделу

1. Разработана методика перераспределения общего коммуникационного ресурса между служебными и рабочими каналами, позволяющая поддерживать максимальную оперативность обслуживания абонентского трафика в перспективной радиосети АСУ ПН ПО с предоставлением каналов по требованию в условиях динамики трафика абонентов и нестационарности общего коммуникационного ресурса;

2. Разработанная методика позволяет проводить необходимые расчеты и осуществлять требуемые управляющие воздействия в режиме реального времени, что дает возможность ее практического применения в контуре оперативного управления перспективной радиосети;

3. Разработанная методика может быть реализована в перспективных и существующих радиосетях с ПКТ в виде отдельного программно-аппаратного модуля, размещенного на главной станции (ГС) и функционально связанного с блоком управления системы ПКТ. При этом требуется внесение минимальных изменений в программное обеспечение контроллера СМД абонентских станций и контроллера СК главной станции для модификации формата заголовков запросно-вызывных пакетов;

4. Проведенные исследования показывают, что эффект от применения разработанной методики составляет:

- при возрастании интенсивности абонентского трафика в прогнозируемых пределах (до 100%) выигрыш по среднему времени обслуживания абонентского трафика до 20%, для обратного случая - до 13%;

- при уменьшении общего объема доступного коммуникационного ресурса вследствие частичного подавления его радиоканалов случайными помеховыми воздействиями (или из-за плохого прохождения радиоволн) или снижения пропускной способности имеющихся радиоканалов выигрыш по среднему времени обслуживания абонентского трафика до 15%;

- при одновременном возрастании интенсивности абонентского трафика и снижении объема доступного коммуникационного ресурса применение разработанной методики позволит повысить оперативность обслуживания абонентского трафика до 20%;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Пропускная способность информационной сети абонентов АСУ ПН ПО, построенной на основе перспективных радиосредств значительно увеличится по сравнению с существующей. Однако, применение современных информационных технологий при построении такой АСУ ПН, приводит к значительному увеличению объема информационных потоков между звеньями управления. Как следствие, основная часть КР перспективной радиосети АСУ ПН ПО будет задействована в виде закрепленных каналов для обслуживания трафика ЗУ АСУ, а остальные абоненты, такие как речевая (ОРУ) и МКО, будут обслуживаться за счет оставшегося малого КР, распределяемого в режиме ПКТ. Таким образом, одной из важных задач построения перспективной радиосети АСУ ПН ПО является задача эффективной организации процесса ПКТ, обеспечивающего требуемую оперативность информационного обмена. Ввиду особенностей рассматриваемой радиосети не удается решить данную задачу в рамках существующего подхода к построению систем связи с ПКТ, основанном на жестком разделении доступного КР между служебными и рабочими каналами.

Решение задачи оптимизация перераспределения общего КР между служебными и рабочими каналами в перспективной радиосети АСУ ПН ПО, функционирующей в режиме ПКТ, в условиях динамики трафика абонентов и доступного КР позволит:

- на стадии проектирования и эксплуатации закладывать в программное обеспечение главной и абонентских станций перспективной радиосети АСУ ПН ПО, функционирующей в режиме ПКТ, процедуру перераспределения общего КР между служебными и рабочими в условиях динамики совокупного абонентского трафика и изменения общего КР;

- повысить оперативность информационного обмена абонентов ОРУ и МКО перспективной радиосети АСУ ПН ПО до 20%, а также значительно снизить требования к ресурсам вычислительной системы ГС, реализующей данную процедуру.

В ходе выполнения исследований получены следующие основные результаты:

• математическая модель процесса предоставления каналов по требованию в перспективной радиосети АСУ промышленного назначения с учетом совместного использования служебных и рабочих каналов;

• методика оптимизации использования общего изменяемого коммуникационного ресурса служебных и рабочих каналов в перспективной радиосети АСУ промышленного назначения, функционирующей в режиме предоставления каналов по требованию, в условиях динамики трафика абонентов;

• в работе выявлено, показано, доказано и разработано следующее:

- необходимость всестороннего управления ЗУ АСУ ПН ПО требует наличия двух информационных подсетей: сети, обслуживающей наиболее приоритетный трафик ЗУ АСУ ПН ПО, а также сети ОРУ (трафик абонентов речевой связи) и МКО (трафик данных). При этом ЗУ АСУ ПН ПО должны быть связаны между собой закрепленными (выделенными) каналами для обеспечения требований по ВВХ доведения сообщений, подсети ОРУ и МКО допускают работу как по выделенным, так и по незакрепленным (предоставляемым по требованию) каналам.

• возрастающий объем информационных потоков приводит к тому, что после закрепления каналов за абонентами ЗУ АСУ ПН ПО невозможно обеспечить абонентам ОРУ и МКО необходимое количество выделенных каналов достаточной пропускной способности, чтобы выполнить требования по информационному обмену даже при использовании перспективных радиосредств. Поэтому для абонентов ОРУ и МКО должно быть организовано предоставление каналов по требованию;

• КР перспективной радиосети АСУ ПН ПО, доступный для организации информационного обмена абонентов речевого трафика и трафика данных, в потенциале способен обеспечить обслуживание совокупного трафика этих абонентов с заданной оперативностью;

• перспективная радиосеть АСУ ПН ПО, по сравнению с существующими системами ГЖТ, имеет ряд особенностей, оказывающих существенное влияние на процесс ее функционирования:

- малый общий КР, доступный для обслуживания совокупного трафика абонентов ОРУ и МКО;

- относительно небольшое число абонентов определяет необходимость учитывать долю парциального трафика каждого из них в общей информационной нагрузке на сеть;

- динамика абонентской нагрузки (взрывной фрактальный трафик);

- непостоянный объема доступного КР в первую очередь вследствие различных помеховых воздействий;

• существующий подход к построению систем ПКТ, основанный на жестком разделении общего КР между пулами служебных и рабочих каналов, ввиду особенностей рассматриваемой радиосети оказывается неэффективным с точки зрения обеспечения максимальной оперативности обслуживания абонентского трафика;

• в условиях динамики трафика и доступного КР велика вероятность простаивания СК при перегрузке рабочих каналов (абоненты находятся на обслуживании или в очереди, ожидая начала обслуживания, и не генерируют вызывной трафик), либо обратная ситуация с простаиванием рабочих каналов в условиях блокировки СК;

• для того, чтобы обеспечить реализацию потенциальной возможности КР перспективной радиосети АСУ ПН ПО обслуживать совокупный абонентский трафик с заданной оперативностью, необходимо организовать оптимальное динамическое перераспределение < общего КР между служебными и рабочими каналами в условиях динамики трафика абонентов и доступного КР;

• математическая модель процесса предоставления каналов по требованию является объединением математических моделей двух подсистем: запросно-вызывного канала с тактированным случайным множественным доступом и подсистемы распределения рабочих каналов;

• при составлении комплексной математической модели математическая модель ЗВК является моделью входной нагрузки для математической модели ПРРК, текущее состояние которой в свою очередь оказывает воздействие на входную нагрузку в ЗВК;

• существующие математические модели тактированного СМД строятся на основе аппарата КМЦ, предполагающего решение системы уравнений Колмогорова-Чепмена для определения выходных параметров, поэтому основным их недостатком является резкое увеличение числа состояний и, как следствие, количества уравнений в решаемой системе. Следовательно, использование таких моделей как составной части математической модели процесса ПКТ затрудняет ее использование в контуре оперативного управления ввиду очень высоких требований к вычислительным ресурсам системы;

• на основе анализа большого числа результатов математического и имитационного моделирования были получены достаточно простые выражения, позволяющие в пределах погрешности 10% оценить пропускную способность и время задержки передачи ЗВК с тактированным СМД (неконтролируемого и с проверкой состояния канала) для каждой из групп разнородных абонентов, что позволяет использовать их при построении математической модели процесса ПКТ;

• в качестве основы для построения математической модели ПРРК была использована многопотоковая модель мультисервисной линии связи с динамически изменяемой скоростью передачи данных, которая позволяет

117 учесть особенности функционирования рассматриваемой системы и обеспечивает эффективное использование КР. Среднее время обработки абонентского трафика в ПРРК определяется путем решения итерационным методом системы уравнений равновесия, для которой составлены правила автоматизированного синтеза;

• разработанная математическая модель процесса ПКТ позволяет рассчитать требуемые показатели оперативности информационного обмена путем решения системы уравнений равновесия. Длительность проведения необходимых расчетов на современных ЭВМ дает возможность напрямую использовать полученную модель при организации оперативного управления параметрами системы ПКТ;

• анализ результатов моделирования показал, что для фиксированных значений входных параметров существует оптимальное разделение общего КР между служебными и рабочими каналами, при котором достигается минимум среднего времени обслуживания абонентского трафика;

• ввиду трудности получения точных аналитических зависимостей среднего времени обслуживания абонентского трафика от количества каналов, выделенных для работы ЗВК, задача оптимизации оперативности информационного обмена в радиосети с ПКТ решается численными методами;

• при изменении входной нагрузки и общего объема доступного КР радиосети количество каналов, необходимых для работы ЗВК, соответствующее оптимальному времени обслуживания трафика, также меняется. Следовательно, в условиях нестационарности первичной нагрузки и объема КР радиосети необходимо осуществлять динамическое перераспределение КР между служебными и рабочими каналами для поддержания оптимальной оперативности информационного обмена;

• разработана методика перераспределения общего коммуникационного ресурса между служебными и рабочими каналами, позволяющая поддерживать максимальную оперативность обслуживания

118 абонентского трафика в перспективной радиосети АСУ ПН ПО с предоставлением каналов по требованию в условиях динамики трафика абонентов и нестационарности общего коммуникационного ресурса;

• разработанная методика позволяет проводить необходимые расчеты и осуществлять требуемые управляющие воздействия в режиме реального времени, что дает возможность ее практического применения в контуре оперативного управления перспективной радиосети;

• разработанная методика может быть реализована в перспективных и существующих радиосетях с ПКТ в виде отдельного программно-аппаратного модуля, размещенного на главной станции (ГС) и функционально связанного с блоком управления системы ПКТ. При этом требуется внесение минимальных изменений в программное обеспечение контроллера СМД абонентских станций и контроллера СК главной станции для модификации формата заголовков запросно-вызывных пакетов;

• проведенные исследования показывают, что эффект от применения разработанной методики составляет:

- при возрастании интенсивности абонентского трафика в прогнозируемых пределах (до 100%) выигрыш по среднему времени обслуживания абонентского трафика до 20%, для обратного случая - до 13%;

- при уменьшении общего объема доступного коммуникационного ресурса вследствие частичного подавления его радиоканалов случайными помеховыми воздействиями (или из-за плохого прохождения радиоволн) или снижения пропускной способности имеющихся радиоканалов выигрыш по среднему времени обслуживания абонентского трафика до 15%;

- при одновременном возрастании интенсивности абонентского трафика и снижении объема доступного коммуникационного ресурса применение разработанной методики позволит повысить оперативность обслуживания абонентского трафика до 20%.

Результаты диссертационной работы внедрены в организациях промышленности при разработке адаптивных систем КВ ПГТРЧ радиосвязи, а также в учебный процесс вуза.

В дальнейшем полученные научные результаты могут быть использованы предприятиями и организациями промышленности следующим образом:

- при обосновании ТТЗ на НИР и ОКР по перспективным системам радиосвязи;

- при проектировании и оценивании эффективности перспективных систем связи, функционирующих в режиме ПКТ в различных условиях помеховой обстановки;

- в учебном процессе вузов.

В рамках сформулированной в диссертационной работе научной задачи дальнейшие исследования можно продолжить в следующих направлениях:

- решение задачи обоснования минимально необходимого КР радиосети с ПКТ на основе учета совместного функционирования служебных и рабочих каналов;

- оптимизация разработанной математической модели путем замены экспоненциальной модели входной нагрузки на фрактальный трафик;

- обобщение разработанной математической модели для произвольного числа групп разнородных абонентов с различной дисциплиной обслуживания трафика.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лапшин, Вадим Юрьевич, 2013 год

1. Афанасьев, В.В. Эволюция мобильных сетей. Серия изданий «Связь и бизнес» / В.В. Афанасьев, Ю.М. Горностаев. М.: Эко-Трендз, 2000. - 140 с.

2. Бабков, В.Ю. Системы связи с кодовым разделением каналов/ В.Ю. Бабков, А.Н. Никитин, К.Н. Осенний, М.А. Сивере.- СПб:ТРИАДА, 2003. -239 с.

3. Берлин, А.Н. Коммутация в системах и сетях связи / А.Н. Берлин. -М.: Эко-Трендз, 2006. 344 с.

4. Бертсекас, Д. Сети передачи данных / Д. Бертсекас, Р. Галлагер. М.: Мир, 1989.-544 с.

5. Бирюков, Н.Л. Транспортные сети и системы электросвязи. Системы мультиплексирования: Учебник для студентов вузов / H.JI. Бирюков, В.К. Стеклов. К.: 2003. - 352 е.: ил.

6. Богданов С .В. Умный дом-Наука и техника, Санкт-Петербург, 2003-112 с.

7. Борисов, В.И. Помехозащищенность систем радиосвязи. Вероятностно временной подход. Изд. 2-е, исправленное / В.И. Борисов, В.М. Зинчук. - М.: РадиоСофт, 2008. - 260 с.

8. Бронштейн, И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. М.: Наука, 1980 - 976 с.

9. Бунин, С.Г. Вычислительные сети с пакетной радиосвязью / С.Г Бунин, А.П. Войтер. К.: Тэхника, 1989. - 223 с.

10. Вентцель, Е.С., Теория вероятностей / Е.С. Вентцель. -М.: Наука, 1984.-576 с.

11. Вишневский, В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей / В.М. Вишневский. М.: Техносфера, 2003. 512 с.

12. Войтер, А.П. Протоколы случайного множественного доступа для вычислительных сетей с пакетной радиосвязью / А.П. Войтер //Управляющие системы и машины. 1984. - №4. - С. 45-50.

13. Волков, JI.H. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики: Учеб. пособие / J1.H. Волков, М.С. Немировский, Ю.С. Шинаков. М.: Эко-Трендз, 2005.-392 с.121

14. Галкин, В.А. Цифровая мобильная радиосвязь: учебное пособие для вузов / В.А. Галкин. М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 432 с.

15. Гаранин, М.В. Системы и сети передачи информации: Учебное пособие для вузов / М.В. Гаранин, В.И. Журавлев, С.В. Кунегин. М.:Радио и связь, 2001.-336 с.

16. Головин, О.В. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи / О.В. Головин, С.П. Простов; под ред. профессора О.В. Головина. М.: Горячая линия-Телеком, 2006. - 598 с.

17. Гольдштейн, Б.С. Системы коммутации / Б.С. Гольдштейн. СПб.: БХВ- Санкт- Петербург, 2003. - 318 с.

18. ГОСТ 23609-86. Сети связи. Первичные сети связи. Вторичные сети связи.

19. Григорьев, В.А. Сети и системы радиодоступа / В.А. Григорьев , О.И. Лагутенко, Ю.А. Распаев. М.: Эко- Трендз, 2005. - 384 с.

20. Губин, Н.М. Качество связи: теория и практика / Н.М. Губин, Г.М. Матлин. М^: Радио и связь, 1986. - 272 с.

21. Гупта А., Каро P. FOUNDATION FIELDBUS или PROFIBUS-PA: выбор промышленной сети для автоматизации технологических процессов // Журнал «Современные технологии автоматизации». 1999. - №3. с. 16.

22. Гусев С. Краткий экскурс в историю промышленных сетей // Журнал «Современные технологии автоматизации». 2000. - №4. с.78.

23. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. М.: Горячая линия - Телеком, 2008. - 608 с.

24. Денисенко В.В. Протоколы и сети Modbus и Modbus TCP // «Современные технологии автоматизации». 2010. - №4. с. 94-98.

25. Денисенко В.В. Средства автоматизации для химической отрасли. // «Химическая техника». - 2007. - №2. с. 34 - 35.

26. Доровских, А.В. Сети связи с подвижными объектами / А.В. Доровских, А.А. Сикарев. К.: Техника, 1989. - 158 с.122

27. Закиров, С.Г. Сотовая связь стандарта GSM. Современное состояние, переход к сетям третьего поколения / С.Г. Закиров, А.Ф. Надеев, P.P. Файзуллин. М.: Эко-Трендз, 2004. - 264 с.

28. Захаров, Г.П. Методы исследования сетей передачи данных / Г.П. Захаров. М.: Радио и связь, 1982. - 208 е., ил.

29. Иверсен В.Б. Разработка телетрафика и планирование сетей: учебное пособие / Иверсен В.Б.; пер. с анг. под ред. А.Н. Берлина. М.: Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ»6 БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 526 е.: ил.

30. Интеллектуальные адаптивные системы и комплексы в связи и управлении: Монография / В.И. Злобин и др.. М.: МО РФ, 2005. - 276 с.

31. Искаков, Е.Е. Технологические проблемы построения транспортных сетей систем военной связи / Е.Е. Искаков. Спб.: ВАС, 2004. - 528 с.

32. Использование радиочастотного спектра и развитие в России сетей подвижной связи 3-го поколения. С ерия изданий «Связь и бизнес» / Под редакцией Ю.Б. Зубарева, М.А. Быховского. М., 2001. - 128 с.

33. Казаков, В.А. Введение в теорию марковских процессов и некоторые радиотехнические задачи / В.А. Казаков. М.: Сов. радио, 1973. - 232 с.

34. Калинина, В.Н. Математическая статистика / В.Н. Калинина, В.Ф. Панкин.-М.: 1998.-335 е.

35. Калмыков, В.В. Транспорт и доступ в инфокоммуникационных сетях / В.В. Калмыков, A.M. Меккель, H.A. Соколов, Ю.С. Шинаков. М.: MAC, 2006 - 264 с.

36. Камнев, В.Е. Системы спутниковой связи: Учебное пособие. 2-е издание, доп. / В.Е. Камнев, В.В. Черкасов, Г.В. Чечин. М.: ООО «Военный Парад», 2010.-608 с.

37. Карташевский, В.Г. Сети подвижной связи / В.Г. Карташевский, С.Н. Семенов, Т.В. Фирстова. М.: Эко-Трендз, 2001. - 300 с.

38. Кемени, Дж. Счетные цепи Маркова / Дж. Кемени, Дж.Снелл, А. Кнеп. М.: Наука, Гл.ред.физ.-мат.лит, 1987. - 416 с.123

39. Кемени, Джон Дж. Конечные цепи Маркова. / Джон Дж. Кемени, Дж. J1. Снелл; пер. с англ. М.: Наука, 1970. - 272 с.

40. Клейнрок, JI. Вычислительные сети с очередями / JI. Клейнрок. М.: Мир, 1979.-600 с.

41. Клейнрок, JI. Коммуникационные сети (стохастические потоки и задержки сообщений) / JI. Клейнрок; пер. с англ. М.:Наука, 1970. - 256 с.

42. Клейнрок, JI. Теория массового обслуживания / J1. Клейнрок. М.: Машиностроение, 1979-432 с.

43. Концепция создания автоматизированной системы «Государственный регистр населения». Министерство РФ по связи и информатизации. -Москва, 2007. - 49 с.

44. Корнышев, Ю.Н. Теория телетрафика: Учебник для Вузов / Ю.Н. Корнышев, А.П. Пшеничников, А.Д. Харкевич. М.: Радио и связь, 1996. - 272 с.

45. Красносельский, Н.И. Автоматизированные системы управления в связи: Учебник для вузов / Н.И. Красносельский и др.. М.: Радио и связь, 1988.-272 с.

46. Кругляк К. Практика построения промышленных сетей на базе AS-интерфейса // Журнал «Современные технологии автоматизации». 2002. -№4. с. 30.

47. Кругляк К. Промышленные сети: цели и средства //Журнал «Современные технологии автоматизации». 2002. - №4. с. 6.

48. Крылов, В.В. Теория телетрафика и ее приложения / В.В. Крылов, С.С. Самохвалова. СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 2005. - 288 с.

49. Кучерявый, А.Е. Пакетная сеть связи общего пользования / А.Е. Кучерявый, JI.3. Гильченок, А.Ю. Иванов. СПб.: Наука и Техника, 2004. - 272 с.

50. Лазарев, В.Г. Интеллектуальные цифровые сети: Справочник / В.Г. Лазарев; под ред. академика H.A. Кузнецова. М.: Финансы и статистика, 1996.-224 с.

51. Лапшин, В.Ю. Обоснование необходимости организации сбора информации в режиме случайного множественного доступа в условиях сложной помеховой обстановки / В.Ю. Лапшин, Д.А. Ковальков, А.И. Косяк,

52. A.Е. Кондрашин // Сб. тр. IV Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве». Серпухов, 2010. - С. 280-282.

53. Лапшин, В.Ю. Обоснование протокола использования коммуникационного ресурса системы спутниковой связи и мониторинга /

54. B.Ю. Лапшин // Сб. тр. XXVII Межрегиональной научно-технической конференции «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем». Серпухов: СВИ PB, 2008. - Т. 4. - С. 169-171.

55. Лапшин, В.Ю. Оптимизация длительности обслуживания трафика вмультисервисной радиосети с динамическим выделением каналов потребованию /В.Ю. Лапшин, Д.А. Ковальков // Известия институтаинженерной физики. Серпухов, 2012. -№3. - С. 49-53.126

56. Лапшин, В.Ю. Планирование применения средств систем спутниковой связи /В.Ю. Лапшин, Д.А. Ковальков // Известия института инженерной физики. Серпухов, 2010. -№1. - С. 38-41.

57. Лившиц, Б.С. Системы массового обслуживания с конечным числом источников / Б.С. Лившиц, Я.В. Фидлин. М.: Связь, 1968. - 168 с.

58. Лившиц, Б.С. Теория телетрафика / Б.С. Лившиц, А.П. Пшеничников, А.Д. Харкевич. М.: Связь, 1979. - 224 с.

59. Ловцов, Д.А. Информационная теория эргасистем: Тезарус: Учебное пособие / Д.А. Ловцов. М.: ВА им. Ф.Э.Дзержинского, 1998. - 132 с.

60. Маковеева, М.М., Системы связи с подвижными объектами: Учеб. пособие для вузов / Маковеева М.М., Ю.С. Шинаков. М.: Радио и связь, 2002.-440 с.

61. Методы разработки интегрированных АСУ промышленными предприятиями / Г.М. Уланов, Р.А. Алиев, В.П. Кривошеев. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 320 с.

62. Назаров, А.Н. Модели и методы расчета показателей качества функционирования узлового оборудования и структурно-сетевых параметров сетей связи следующего поколения / А.Н. Назаров, К.И. Сычев -Красноярск: Изд-во ООО «Поликом», 2010. 389 е.: ил.

63. Наумов, В.А. Теория телетрафика мультисервисных сетей связи / В.А. Наумов, К.Е. Самуйлов, Н.В. Яркина. М.: Изд-во РУДН, 2007. - 268 с.

64. Небылов, А.В. Гарантирование точности управления / А.В. Небылов.128- М.: Наука. Физматлит, 1998. 304 с.

65. Невдяев, JI.M. Мобильная связь 3-го поколения / JIM. Невдяев. М.: МЦНТИ, 2000.- 152 с.

66. Норенков, И.П. Телекоммуникационные технологии и сети / И.П. Норенков, В.А. Трудоношин. М.: изд-во МГТУ им.Н.Э. Баумана, 1998. - 232 с.

67. Патент № 94737 на полезную модель РФ, МПК Н04В 7/00. Генератор двадцатиразрядной последовательности вида «10011100011111111100» / Заявитель и патентообладатель СВИ РВ. № 2010102174; заявл. 25.01.2010. Лапшин В.Ю., Цимбал В.А., Попов М.Ю., Зимин Н.Г.

68. Передача информации в системах подвижной связи / В.Ю. Бабков и др.. СПб.: СПб ГУТ, 1999. - 152 с.

69. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты / В.И. Борисов и др.. М.: Радио и связь, 2000. - 384 с.

70. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью. / Под ред. В.И. Борисова. М.: Радио и связь, 2003- 640 с.

71. Прокис, Д.Д. Цифровая связь. / Д.Д. Прокис; пер. с англ; под ред. Д.Д. Кловского. М.: Радио и связь, 2000. - 797 с.

72. Рихтер, С.Г. Цифровое радиовещание / С.Г. Рихтер. М.: Горячая линия-Телеком, 2004. - 352 с.

73. Синенко О. В. Современные технологии и информационное обеспечение в задачах интеграции промышленных предприятий/ О.В. Синенко, H.A. Куцевич, В.Н. Леньшин // Журнал «Мир компьютерной автоматизации». 2001. - № 3. с. 16.

74. Системы и сети передачи информации: Учебное пособие для вузов/ М.В. Гаранин, В.И. Журавлев, С.В. Кунегин. М.:Радио и связь, 2001. - 336 с.

75. Системы связи: учебное пособие для втузов / В.И. Васильев и др.. -М.: Высш.школа, 1987. 280 с.

76. Системы спутниковой связи. Учебное пособие для вузов/ Бонч129

77. Бруевич, Быков, Кантор и др. Под ред. Контора. -М.: Радио и связь, 1992.

78. Советов, Б.А. Построение сетей интегрального обслуживания / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. Ленинград: Машиностроение, 1990. - 332 с.

79. Советов, Б.Я. Моделирование систем / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. -М.: Высшая школа, 2001. 163 с.

80. Спилкер, Дж. Цифровая спутниковая связь: пер. с англ. / Дж. Спилкер; под ред. В.В. Маркова. М.: Связь, 1979. - 585 с.

81. Степанов, С.Н. Основы телетрафика мультисервисных сетей / С.Н. Степанов. М.: Эко-Трендз, 2010. - 392 с.

82. Строганов М.П. Информационные сети и телекоммуникации: Учеб. Пособие / М.П. Строганов, М.А. Щербаков. М.: Высш. шк., 2008. - 151 е.: ил.

83. Суздалев, A.B. Сети передачи информации АСУ / A.B. Суздалев. -М.: Радио и связь, 1983.-152 с.

84. Сухопутная подвижная радиосвязь. Системы и аппаратура. / Под ред. B.C. Семенихина, И.М. Пышкина. М.: Радио и связь, 1990. - 328 с.

85. Таненбаум, Э. Компьютерные сети. 4-е издание / Э. Таненбаум. -СПб.: Питер, 2003. 992 с.

86. Телекоммуникации. Толковый словарь основных терминов и сокращений. / Под редакцией A.M. Лихачева, С.П. Присяжнюка. СПб: АИН РФ Институт телекоммуникаций, 2001. - 799 с.

87. Теоретические основы моделирования военно-технических систем: Учебник / Под ред. О.Ф. Быстрова. РВСН, 1993. - 488 с.

88. Технический отчет по трассовым испытаниям комплекса технических средств «Импульс-АПР». СПб.: ОАО «НПО «Импульс», 2011. - 14 с.

89. Технический проект ОКР «ППРЧ-ИИФ» / МОУ «Институт инженерной физики»; гл. конструктор С.Н. Шиманов. Серпухов: МОУ «ИИФ», 2012.-С. 35-44.

90. Технический проект ОКР «Решка»/ МОУ «Институт инженерной физики»; гл.конструктор В.А. Цимбал Серпухов: МОУ «ИИФ», 2010.-С. 65-88.

91. Халмош, П. Лекции по эргодической теории / П. Халмош. Ижевск:130

92. НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. 132 с.

93. Цимбал, В.А. Монография. Качество информационного обмена в сетях передачи данных. Марковский подход. / В.А. Цимбал. Серпухов: СВИ РВ, 2009. - 161 с.

94. Цимбал, В.А. Определение вероятностно-временных характеристик доведения сообщений на основе конечных марковских цепей / В.А. Цимбал // Известия ВУЗов. Приборостроение, 1997. - Т.40, № 5. - С. 11-15.

95. Цыбаков, Б.С. Модель телетрафика на основе самоподобного случайного процесса / Б.С. Цыбаков // Радиотехника. 1999. - №5. - С. 24-31.

96. Цыбаков, Б.С. Эргодичность синхронной системы ALOHA/ Б.С.Цыбаков, В.А.Михайлов // Проблемы передачи информации. -1979.-Т.15, №4. С. 73-87.

97. Шиманов, С.Н. Эргодичность протокола случайного множественного доступа при оптимальном управлении повторными передачами / С.Н. Шиманов // Электросвязь. 2001. - №11. - С. 26-29.

98. Широкополосные беспроводные сети передачи информации / В.М. Вишневский и др.. М.: Техносфера, 2005. 592 с.

99. Шнепс, М.А. Системы распределения информации. Методы расчета / М.А. Шнепс. М.:Связь, 1979. - 344 с.

100. Эскизный проект ОКР «Решка» / МОУ «Институт инженерной физики»; гл. конструктор В.А. Цимбал. Серпухов: МОУ «ИИФ», 2009. - С. 80-95.

101. Eberhagen, S. Marketing Strategy Optimizes Introduction of Services / S. Eberhagen, B. Fanger, Cr. Wahl // Telcom Report International. 2002. - Vol. 15, №1. - P. 56-63.

102. Ellis, R. Large deviations for Markov Processes with discontinuous statistics. II: Random walks / R/ Ellis, P. Dupuis // Probab. Theory Rel. Fields. -1999. Vol. 91, №2. - P. 95-108.

103. Fayolle, G. Topics in the Constructive Theory of Countable Markov Chains / G. Fayolle, V.A. Malyshev, N.V. Menshikov. Cambri dge Univ. Press, 2001. - 343 p.

104. Magedanz, T. Intelligent Networks / T. Magedanz, R. Popescu Zeletin. -International Thomson Computer Press, 2004. - 274 p.131