Підвищення показників якості систем і пристроїв управління мережами та послугами телекомунікацій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська державна академія зв'язку ім. О.С. Попова

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Підвищення показників якості систем і пристроїв управління мережами та послугами телекомунікацій

Кільчицький Євген Васильович

Одеса - 2001

Анотація

Кільчицький Є.В. Підвищення показників якості систем і пристроїв управління мережами та послугами телекомунікацій. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі.

Українська державна академія зв'язку ім. О.С. Попова, м. Одеса, 2001 р.

Дисертація присвячена постановці та вирішенню наукових завдань підвищення якості управління мережами та послугами, а саме: розробці концепції та структурної схеми національної автоматизованої системи управління; розробці та опису моделі процесів діяльності оператора телекомунікацій, яка є підгрунтям для інженерного вирішення питань створення конкретних систем і підсистем управління; вирішенню задач синтезу оптимальних систем управління, інваріантних до зміни параметрів і структури; створення ефективного цифрового каналу передавання інформації управління; синтезу оптимальної за швидкодією ітераційної системи фазового автопідстроювання та пристрою управління; синтезу каналу управління комбінованої дискретної системи фазової синхронізації; вирішенню задачі підвищення точності систем і пристроїв управління в телекомунікаціях; розробці методів оцінки ефективності функціонування інваріантних систем управління.

Отримані результати впроваджено на мережі телекомунікацій та в учбовий процес підготовки фахівців для сфери телекомунікацій.

Ключові слова: телекомунікації, система, управління, процес, мережа, послуга, синхронізація, оптимізація, інформація, алгоритм.

1. Загальна характеристика роботи

телекомунікація цифровий автоматизований управління

Актуальність теми. Технологічна революція на межі двадцятого та двадцять першого сторіч забезпечила передумови переходу людства до принципово нової фази свого розвитку - інформаційного суспільства. Це стає можливим завдяки поступовому створенню національних, регіональних та глобальної інформаційних інфраструктур, важливою складовою частиною яких є телекомунікації. Розвиток мереж та послуг телекомунікацій визначає можливість реалізації завдань інформатизації.

Одним з найважливіших завдань розвитку телекомунікацій є створення ефективної автоматизованої системи управління. Вирішенню проблем синтезу різноманітних автоматизованих систем управління, суміжних проблем побудови систем синхронізації і управління ними, розвитку теорії оптимізації та теорії інформації присвячена велика кількість наукових робіт вітчизняних та зарубіжних вчених таких, як В.Н. Афанасьєв, В.Н. Волкова, Є.Д. Вітербі, В.М. Глушков, М.І. Жодзишський, Г.Ф. Зайцев, М.В. Захарченко, А.Г. Зюко, В.Г. Лазарев, Д. Мако, Г.С. Поспелов, В.К. Стеклов, І. Такахара, Л.М. Фінк, О.О. Харкевич, А.Д. Холл, В.В. Шахгільдян, К. Шеннон, Л. Янг, С. Янг та інші.

Разом з тим слід зазначити, що в умовах розмаїття телекомунікаційних та інформаційних технологій, їх швидкого прогресу та конвергенції, різноманітності типів та розгалуженості мереж, зростаючого попиту користувачів на нові послуги та підвищення вимог до їх якості, конкуренції на ринку телекомунікацій тощо виникають усе нові й нові задачі, пов'язані з оптимізацією управління мережами телекомунікацій. Відповідно набуває особливої ваги визначення та вирішення різноманітних наукових проблем і задач підвищення показників якості систем і пристроїв управління - від загально-мережних та загально-операторських задач оптимізації управління, пов'язаних з побудовою надійних, ефективних, гнучких структур до підвищення надійності, точності, швидкодії окремих компонент систем управління та контролю їх ефективності. Саме ці задачі вирішуються в дисертаційній роботі, що подається на захист, і тому її тема, присвячена підвищенню показників якості систем і пристроїв управління мережами та послугами телекомунікацій, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Обраний напрямок досліджень безпосередньо зв'язаний з напрямками науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт, що проводились протягом 1996-2000 років в Українському науково-дослідному інституті зв'язку та в Київському інституті зв'язку Української Державної академії зв'язку ім. О.С. Попова відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України від 29.10.1998 року №1708-060 “Про управління Єдиною національною системою зв'язку України в особливий період”, тематичних планів, затверджених Державним комітетом зв'язку та інформатизації України. Основні теми: 1(19)-1/96-10 “Розробка основних принципів побудови системи управління мережами зв'язку”, замовник - Державний комітет зв'язку та інформатизації України, держ.реєстр.№0196U009931; 204/97 “Розробка технічних вимог на побудову системи управління цифровою мережею синхронної цифрової ієрархії”, замовник - КМПЕЗ “Київелектрозв'язок”, держ. реєстр. №0197U013234; П219/99-25/255-6-2 “Розробка технічного проекту системи управління цифровою магістральною первинною мережею електрозв'язку”, замовник - ВАТ “Укртелеком”, держ.реєстр. №0199U003845; П2-3/17-301/99-24 “Розробка проекту дослідного фрагменту пілот-мережі АТМ”, замовник - ЗАТ “УТЕЛ”, держ.реєстр. №0199U003098, в яких автор приймав безпосередню участь в якості керівника і виконавця.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення показників якості національної системи управління мережами та послугами телекомунікацій. Об'єктом досліджень є створювана система управління в цілому, а предметом досліджень - показники якості цієї системи та її складових компонентів. Для досягнення поставленої мети проведено системний аналіз сучасного стану телекомунікацій в країні, визначені та вирішені пріоритетні завдання підвищення якості управління мережами та послугами, а саме:

1. Розробка концепції та структурної схеми національної автоматизованої системи управління.

2. Розробка та опис моделі процесів діяльності оператора телекомунікацій, яка є підгрунтям для проектування конкретних систем і підсистем управління.

3. Розробка методики векторного синтезу оптимальної системи управління.

4. Синтез системи управління, інваріантної до зміни параметрів та структури.

5. Розробка ефективного цифрового каналу передавання інформації управління.

6. Синтез оптимальної за швидкодією ітераційної системи фазового автопідстроювання, пристрою управління та каналу управління комбінованої дискретної системи фазової синхронізації.

7. Розробка систем і пристроїв управління підвищеної точності. Розробка методів оцінки ефективності функціонування інваріантних систем управління.

Методи дослідження, що використані в роботі: методи системного аналізу, елементи методів теорії ієрархічних багаторівневих систем, методи теорії інформації, операторний метод вирішення неоднорідних диференціальних рівнянь, теорія інваріантності, методи оптимального управління, методи моделювання на ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. На основі системного аналізу створено концепцію національної автоматизованої системи управління телекомунікаціями з врахуванням особливостей застосування багатьох технологій та багатооператорської діяльності.

2. Розроблено модель процесів діяльності оператора телекомунікацій, яка враховує зв'язки між окремими процесами і підпроцесами та особливості управління ними.

3. Запропоновано методику оптимізації системи управління мережами телекомунікацій на основі векторного синтезу. Показано, що задача векторного синтезу зводиться до того, щоб з множини суворо допустимих систем (об'єктів управління) вибрати таку систему, яка має найкраще значення вектора показників якості.

4. Запропоновано методику синтезу системи управління інваріантної до непередбачених змін її параметрів та структури на основі введення функціональної надлишковості. Доведено, що в якості кількісного показника для оцінки ступеня інваріантності доцільно прийняти ймовірність правильного відтворення сигналів управління.

5. Запропоновано структуру і методику побудови ефективного цифрового каналу для передавання інформації управління.

6. Виконано порівняльний аналіз сучасних систем і пристроїв синхронізації та управління ними, запропоновано будувати пристрої синхронізації на основі ітераційних систем фазового автопідстроювання. Розроблені нові структури оптимальних за швидкодією систем фазового автопідстроювання, які відрізняються тим, що пристрій управління розташовується в розімкненому компенсаційному каналі і не впливає на стійкість основного і додаткового контурів управління ітераційної системи.

7. Розроблено засоби компенсації впливу задавального діяння на сигнал управління за допомогою лінійних пристроїв управління і логічних комутаторів та запропоновано методику синтезу оптимальної за швидкодією ітераційної системи фазового автопідстроювання, коли об'єктом управління є замкнений контур управління.

8. Вирішено задачу синтезу розімкненого каналу управління за задавальним діянням у класі дискретних комбінованих систем фазової синхронізації.

9. Запропоновано структуру системи опрацювання інформації управління по відхиленню від даних моделі об'єкта управління, яка забезпечує високий ступінь зменшення помилок та без інерційність управління.

10.Для оцінки ефективності систем управління введена міра ефективності використання пристроєм управління інформації, що характеризує джерело збурень. Запропоновано метод усунення некорисної інформації управління, який полягає в узгодженні швидкості генерування інформації джерелом збурень, пропускної спроможності пристрою опрацювання інформації і швидкості споживання інформації об'єктом управління, що підвищує ефективність системи управління.

Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій, виведених в роботі, досягаються ретельним багатостороннім системним аналізом реально існуючих процесів у сфері телекомунікацій взагалі та в об'єкті дослідження зокрема, коректним використанням методів досліджень та математичного апарату, підтверджуються результатами аналітичних доведень результатів через математичні перетворення, результатами експериментальної перевірки та моделювання на ЕОМ, результатами оцінки економічної ефективності та практичними результатами, які відображені в актах впровадження.

Наукове значення роботи. Наукові положення, отримані в дисертаційній роботі, є наступним кроком у розвитку систем і пристроїв управління мережами та послугами телекомунікацій, а їх застосування при розробці і впровадженні конкретних систем і пристроїв управління дозволяє підвищити якість управління мережами та послугами телекомунікацій.

Практичне значення отриманих результатів. Результати дисертаційної роботи знайшли практичне застосування в науково-дослідних та дослідно-конструкторських роботах і впроваджені Державним комітетом зв'язку та інформатизації України, в Київській міській дирекції ВАТ “Укртелеком”, в підручнику та навчальних посібниках, які використовуються в учбовому процесі Київського інституту зв'язку Української державної академії зв'язку ім. О.С. Попова, що підтверджується актами впровадження, наведеними в додатку до дисертаційної роботи.

Особистий внесок здобувача. Результати дисертаційної роботи, опубліковані в [3, 7-13], отримані особисто автором. Участь автора в роботах, опублікованих у співавторстві, полягає: у визначенні ролі синхронізації, як однієї з функцій управління мережами [1]; у детальному аналізі проблем захисту інформації і визначенні ролі цієї функції в системі управління [2]; у пропозиції структури оптимальних за швидкодією двоконтурних ітераційних систем фазового автопідстроювання, коли оптимізується перехідний процес власне об'єкта управління, у дослідженні особливостей побудови пристроя управління для таких ітераційних систем фазового автопідстроювання, у участі в розробці засобів компенсації впливу задавального діяння на сигнал управління за допомогою лінійних коригувальних пристроїв і логічних комутаторів та у пропозиції методики синтезу пристрою управління, коли об'єктом управління є замкнений контур управління [4-6, 14,24]. Ідеї визначення і врахування особливостей управління послугами при створенні інтелектуальних мереж [16], подальшого розвитку методів векторного синтезу систем управління, розроблених співавторами [19, 22], належать авторові дисертаційної роботи. Ним також запропоновано методику синтезу системи управління, інваріантної до непередбачених змін її параметрів та структури за рахунок функціональної надлишковості та доведено, що кількісним показником для оцінки ступеня інваріантності доцільно прийняти ймовірність правильного відтворення сигналів управління [17], запропоновано структуру і методику побудови ефективного цифрового каналу для передавання інформації управління [15]. В навчальних посібниках [18, 20, 23] та у підручнику [21] використані матеріали, підготовлені особисто автором і перелічені вище, а також матеріали спільної роботи із співавторами.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні і практичні результати роботи доповідались на науково-практичній конференції “Стратегія входження України у світовий інформаційний простір” (Науково-технічне товариство радіотехніки, електроніки та зв'язку України ім. О.С. Попова. Київ,1997 р.), на 1-й, 3-й, 4-й міжнародних науково-практичних конференціях “Еволюція транспортних мереж телекомунікацій. Проблеми будування, розвитку та управління” (Держком-зв'язку та інформатизації України; Український будинок економічних та науково-технічних знань. Алушта,Ялта,1998,2000,2001 р.р.), на засіданні науково-технічної ради Держкомзв'язку та інформатизації України (Київ, 1998 р.), на засіданні Ради національної безпеки і оборони України (Київ, 1999 р.), на міжнародному конгресі “Развитие телекоммуникаций и построение информационного общества в странах СНГ” (Міжпарламентська асамблея країн-учасників СНД; Мінзв'язку та інформатизації РФ; Регіональна співдружність у галузі зв'язку. С.-Петербург, 2001 р.), на 2-й міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні і електронні технології” (Міносвіти і науки України; Одеський державний політехнічний університет. Одеса,2001 р.), на міжнародному форумі щодо перспектив розвитку інформаційних мереж, зв'язку і телекомунікацій ISTA-2001 (Держкомзв'язку та інформатизації України; Германське товариство інформатики; Університет Клагенфурт, Австрія; Національний технічний університет “ХПІ”. Харків, 2001 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 18 наукових праць, 1 підручник для студентів вищих навчальних закладів за напрямком “Телекомунікації” та 5 навчальних посібників.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи складає 220 сторінок друкарського тексту, у тому числі містить 146 сторінок основного тексту, 28 сторінок з рисунками (48) та таблицями (2), 12 сторінок списку використаних джерел (157 найменувань), та 34 сторінки додатків.

Положення, що виносяться на захист:

1. Концепція та ієрархічна структурна схема національної системи управління мережами та послугами телекомунікацій.

2. Класифікація процесів діяльності оператора телекомунікацій, модель процесів і підпроцесів, яка враховує зв'язки між ними та особливості управління.

3. Методики оптимізації системи управління шляхом векторного синтезу та синтезу системи управління, інваріантної до непередбачених змін параметрів і структури.

4. Синтез оптимальних за швидкодією систем фазового автопідстроювання і пристроїв управління ними у класі ітераційних систем та розімкненого каналу управління за задавальним діянням у класі дискретних систем фазової синхронізації.

5. Інформаційні методи синтезу системи опрацювання інформації управління високої точності і швидкодії, оцінки ефективності систем управління.

2. Основний зміст роботи

Вступ розкриває сутність науково-практичної проблеми створення високоефективної автоматизованої системи управління мережами та послугами телекомунікацій; обгрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, яка виконувалась здобувачем; сформульовані мета, завдання і методи дослідження; перелічені основні наукові результати, показано їх наукове і практичне значення.

У першому розділі проаналізовано національний ринок послуг телекомунікацій, визначено його соціальні, політичні, економічні, технічні особливості з точки зору управління мережами та послугами і автоматизації управління.

Системний підхід дозволив розробити концепцію та ієрархічну структуру національної системи управління телекомунікаціями, що відповідає реальному стану розвитку національних телекомунікацій в умовах застосування багатьох технологій та багатооператорської діяльності, визначити складові частини гіпотетичного центру управління та визначити пріоритетні задачі щодо підвищення якості систем та пристроїв управління. Такими задачами, зокрема, є: моделювання процесів діяльності операторів телекомунікацій з врахуванням динаміки і взаємозв'язків процесів та їх складових частин; оптимізація систем управління при багатьох критеріях оптимальності; створення систем управління, інваріантних до структурних змін; створення ефективних каналів передавання інформації управління; підвищення якості систем і пристроїв синхронізації та управління ними, як чинника підвищення швидкості і достовірності передавання інформації; підвищення точності систем і пристроїв управління та оцінка ефективності їх функціонування. Вирішенню конкретно цих задач присвячені наступні розділи дисертації.

У концепції визначено багаторівневість та ієрархічність загальнонаціональної системи управління телекомунікаціями, встановлено взаємозв'язки та розподілено повноваження між рівнями, визначено роль якості управління в підвищенні якості послуг телекомунікацій, визначено основні принципи побудови національного центру управління телекомунікаціями, обгрунтовано необхідність автоматизації управління та зниження впливу людського фактору в управлінні.

Розроблена на основі аналізу сучасного стану телекомунікацій в країні ієрархічна структурна схема національної системи управління мережами телекомунікацій дозволяє визначити взаємозв'язки на усіх рівнях управління між учасниками ринку телекомунікацій з врахуванням загальнодержавних інтересів.

Доведено, що в умовах застосування багатьох технологій та багатооператорської діяльності проблематика синхронізації є одним із аспектів управління телекомунікаціями, тому їй приділена значна увага в роботі.

Результати дослідження, наведені в цьому розділі, доводять необхідність автоматизації управління процесів діяльності операторів, дозволяють також з більшим розумінням підійти до створення моделі діяльності оператора телекомунікацій та описання процесів за цією моделлю, що зроблено в другому розділі. Оцінка ефективності впровадження автоматизованої системи управління мережами та трафіком на прикладі оператора телекомунікацій ВАТ “Укртелеком” вказує на швидку окупність інвестицій у цій сфері.

Слід зазначити, що на початку першого розділу визначено або уточнено визначення основних термінів у сфері телекомунікацій, які в умовах застосування новітніх технологій, зростаючих вимог до якості послуг, ринкових багатооператорських відносин тощо відповідають їх фактичному сьогоднішньому наповненню.

У другому розділі із застосованням системного підходу класифіковані процеси діяльності оператора телекомунікацій, у тому числі процеси управління мережами та послугами, запропоновано структурну модель процесів діяльності, визначено основні процеси, що проходять в діяльності оператора, визначено їх складові частини (підпроцеси), визначено взаємодію процесів та підпроцесів, побудувано та описано функціональні схеми окремих підпроцесів у їх взаємодії.

Розвиваючи концепцію TMN (Telecommunication Management Network) та орієнтуючись на кінцеву мету діяльності оператора - надання користувачеві послуги телекомунікацій, запропоновано таку класифікацію процесів діяльності, що є сферою управління: 1. Горизонтальні потоки процесів, а саме: процес роботи з користувачами; процес проектування та розвитку послуг; процес управління елементами мереж та мережами. Кожний з цих потоків процесів складається з окремих взаємозв'язаних підпроцесів. 2. Вертикальні потоки процесів, а саме: виконання послуг, направлений на надання послуг за запитом користувачів, планування та розвиток послуг і технічних засобів; забезпечення послуг, тобто забезпечення своєчасного реагування на запит послуги, обслуговування технічних засобів і вирішення проблем як користувача, так і технічних проблем, що виникають на мережі; розрахунків за послуги, а саме: своєчасне і точне нарахування плати за послуги на основі визначених тарифів, виписування рахунків, збирання оплати тощо. Вертикальні потоки процесів використовують підпроцеси горизонтальних процесів. Крім названих ключових процесів невід'ємною частиною діяльності оператора телекомунікацій є процеси: управління взаємодією з користувачами (а також з іншими операторами, відносно яких оператор сам може бути користувачем, постачальником послуги або партнером у спільному наданні послуги користувачеві); процеси управління інформаційними системами, які забезпечують взаємодію між процесами та підпроцесами.

Аналіз діяльності зарубіжних та національних операторів телекомунікацій (France Telecom, British Telecom, Telia, Укртелеком, УТЕЛ, ЦСС) підтвердив відповідність моделі реальним процесам і дозволив побудувати та описати 16 функціональних моделей підпроцесів у їх взаємодії.

В роботі наведено також приклади вертикальних процесів виконання, забезпечення та розрахунків, які демонструють та підтверджують горизонтальні і вертикальні взаємозв'язки між усіма рівнями управління.

Таким чином на якісному рівні визначені основні аспекти функціональних взаємозв'язків між окремими складовими частинами процесів діяльності, взаємозв'язків між якістю стану мереж та технічних засобів, конфігурацією мереж, організацією експлуатації та технічного обслуговування з одного боку, та номенклатурою, кількістю, якістю послуг, що потребує користувач - з іншого. Також визначено процеси, пріоритетні для автоматизації. Уявлення про функціональні взаємозв'язки між складовими частинами процесів діяльності та їх вплив на якісні показники результатів діяльності надає можливість визначити пріоритетні наукові задачі, визначити номенклатуру критеріїв для вирішення задач оптимізації процесів управління системами та пристроями, з яких складаються мережі телекомунікацій

У третьому розділі вирішуються три завдання.

Перше завдання присвячене створенню методики векторного синтезу оптимальної системи управління. Слід зазначити, що постійний інтерес до вирішення задач оптимізації систем управління зумовлений швидким розвитком технологій, мереж, послуг та вимог до їх якості. Кожна система характеризується вектором показників якості К=(k1, k2, …, km). У m-мірному просторі Rm показників якості k1, …, km кожній системі управління відповідає єдине визначене значення вектора і навпаки, кожному вектору К відповідає єдина цілком визначена система. У просторі Rm усім суворо допустимим значенням вектора К відповідає суворо допустима множина точок, вид якої визначається сукупністю умов і обмежень, які накладаються на систему та її показники якості. Задача векторного синтезу зводиться до того, щоб з множини суворо допустимих точок вибрати таку точку (систему), яка має найкраще (виходячи з умови задачі) значення вектора К.

Векторний синтез доцільно зводити до скалярного, що звичайно виконується одним з двох методів. За першим методом створюють деяку результуючу цільову функцію Кp=fp(k1, …, km) і шукають таку систему S, яка зводить цю функцію до мінімуму при заданій сукупності умов та обмежень. За другим методом шукають таку систему S, що забезпечує мінімум одного з показників якості, наприклад k1, при усіх інших (m-1) показниках, переведених у розряд обмежень типу рівностей, нерівностей або змішаних обмежень, наприклад, виду Кi Ј К2m. Зведення векторного синтезу до скалярного у порівнянні з останнім ускладнюється за першим методом цільовою функцією, а за другим - функцією обмежень. Проте, незважаючи на ці перешкоди, задача синтезу може вирішуватися відомими методами скалярного синтезу за єдиним показником якості.Тому основною задачею векторного синтезу є з'ясування залежності від обраного методу скаляризації та від конкретної реалізації цього методу.

Будемо вважати оптимальною систему управління, що забезпечує виконання умов:

; Кі = Кіm; , (1)

де Кіm - значення показника якості Кі, максимально допустиме з точки зору вимог до системи управління;

М - множина, до якої входять допустимі параметри системи S.

Для вирішення завдання оптимізації системи доцільно скористатися мінімаксним критерієм, визначити мінімально можливі значення показників якості, при яких задовольняються основні вимоги до системи управління. Показано, що процес пошуку оптимального рішення в задачах синтезу систем управління як при багатокритеріальній оптимізації, так і з врахуванням випадкових факторів, практично зводиться до кількісного розв'язання задачі нелінійної оптимізації.

Друге завдання цього розділу присвячене синтезу системи управління, інваріантної до непередбаченої зміни параметрів та структури. Введено розширене поняття інваріантності систем управління не тільки до зовнішніх збурюючих чинників, але також і до змін параметрів та структури, викликаних непередбаченими чинниками, наприклад, відмовами окремих її елементів. Для пристрою (системи), що володіє інваріантністю з точністю до e, при усіх видах збурень, вхідних сигналах х, відповідно реальних у=f(х) і ідеальних у0 вихідних сигналах повинна виконуватись умова:

| y - y0 |<e (2)

У якості основного статистичного показника для кількісної оцінки ступеня інваріантності найбільш зручно прийняти ймовірність Р(e) відтворення вхідного сигналу з точністю до e при дії зовнішніх і внутрішніх випадкових збурень. При такому підході встановлюється взаємозв'язок між інваріантністю, точністю і надійністю. Створення оптимального за точністю і надійністю інформаційного або перетворюючого пристрою зводиться до максимізації статистичного показника інваріантності Р(e).

Запропоновано функціональну схему інформаційного пристрою підвищеної точності системи управління з функціональною надлишковістю. Він комплектується з n однотипних або різнотипних компонентів з обмеженою точністю, наприклад, з n первинних інформаційних датчиків однакового або різного принципу дії, які створюють надлишкову інформацію. Ця інформація опрацьовується за допомогою функціонального пристрою, що реалізує певний алгоритм, вибір якого залежить від умов задачі. Показано, що точний вибір алгоритму дозволяє реалізувати пристрій, що має більшу інваріантність Рe(e), ніж одиночні компоненти - Р1(e).

Ефективність функціональної надлишковості характеризується коефіцієнтом

(3)

де - нормована функція Лапласа;

,…,- дисперсії похибок окремих датчиків.

Якщо задано , тоді для одиничного інформаційного датчика Р1(e)= 2Ф(1)=0,683, а для надлишкового пристрою, що містить п'ять однотипних інформаційних датчиків з однаковими ваговими коефіцієнтами, РS(e)=2Ф50,5= 0,975. Ефект від надлишковості характеризується коефіцієнтом L = (1-0,683) / (1-0,975)=12,6.

Іншим варіантом інформаційного пристрою підвищеної надійності системи управління з функціональною надлишковістю, побудованої із компонентів з обмеженою надійністю, є схема з використанням кворум - елементу.

Для одиничного компонента Р1(e)=1-q, а для надлишкового пристрою з кворум-елементом:

(4)

де: n - непарна кількість компонентів;

- кількість сполучень з n по i;

qке - можливість відмови кворум-елемента; q - можливість відмови компонента.

Якщо можливість відмови датчика q=0,1, то для одного датчика ступінь інваріантості Р1(e)=0,9. Для надлишкового пристрою, що містить п'ять датчиків і кворум-елемент із можливістю відмови qкэ=0,001, ступінь інваріантності РS (e) = 0,99. При цьому ефект від надлишковості L = (1-0,9) / (1-0,99) = 10.

Нарешті третє завдання цього розділу вирішується для випадку неможливості використання у цілях управління звичайних каналів з достатньою пропускною спроможністю та достовірністю передачі і присвячене створенню ефективного цифрового каналу передавання інформації управління.

Запропоновано структуру і методику побудови ефективного цифрового каналу для передавання інформації управління та алгоритм реалізації оптимального прийому для різних систем багатопозиційних сигналів з амплітудно-фазовою модуляцією. Показано, що при використанні коду БЧХ виграш в ймовірності непоміченої помилки складає 0,2, а виграш у пропускній спроможності, нормований швидкістю модуляції - 23. В додатку 2 до дисертації наведено результати проведеної за участю автора розробки ефективних цифрових каналів з алгоритмами когерентного прийому шістнадцятипозиційних сигналів з амплітудно-фазовою модуляцією.

У четвертому розділі розглядаються проблеми, пов'язані з синхронізацією в мережах телекомунікацій та підвищенням швидкодії і точності систем та пристроїв фазового автопідстроювання (ФАП), які є компонентами, що забезпечують параметри синхронізації. Якість синхронізації суттєво впливає на якість послуг телекомунікацій, тому управління синхронізацією є одним із аспектів управління мережами та послугами. Розділ складається з п'яти підрозділів

У першому підрозділі виконано порівняльний аналіз сучасних систем синхронізації і доведена доцільність використання ітераційних системи фазового автопідстроювання. У другому підрозділі розглядаються принципи побудови ітераційних систем фазового автопідстроювання.

У третьому підрозділі вирішується завдання синтезу пристрою управління оптимальної за швидкодією двоконтурної ітераційної системи ФАП (ДІС ФАП).

Еквівалентну структурну схему оптимальної за швидкодією ДІС ФАП можна подати у вигляді, зображеному на рис. 4а, де - вплив, що змінюється східчасто; ЕП1,ЕП2- елементи порівняння основного і додаткового контурів управління (ОКУ і ДКУ); - параметри ОКУ і ДКУ, що управляються; - фазові похибки ОКУ і ДКУ. Графік зміни сигналу управління зображений на рис. 4б. Для технічної реалізації пристрою управління (формувача імпульсів) необхідно знати значення вироблюваного ним сигналу управління і моменти його переключення Визначення величини сигналу звичайно не викликає затруднень і визначається гранично припустимими режимами функціонально необхідних елементів системи ФАП (частіш за все вони є заданими). Більш складною задачею є визначення моментів переключення сигналу управління, що залежать від багатьох чинників: параметрів замкнутих контурів ДІС ФАП, вектору станів об'єкта управління (замкнутих контурів ОКУ і ДКУ) у початковій і кінцевій точках, збурень і значення .

Одержано систему трансцендентних рівнянь для визначення моментів переключення в системі ДІС ФАП другого порядку:

(5)

При підстановці чисельних значень маємо:

(6)

Система рівнянь (6) може бути розв'язаною лише приблизно. Для графічного розв'язання системи рівнянь (6) подаємо їх у вигляді:

(7)

Точка перетинання кривих і (рис.4.9в) дає шукані значення моментів переключення сигналу управління:

Для побудови формувача імпульсів пристрою управління визначаємо тривалість імпульсів:

На цьому ж рисунку зображено криву перехідного процесу ОКУ без ПУ (крива 2). Порівняння показує, що тривалість перехідного процесу ОКУ в оптимальній системі з ПУ менше, ніж у системі без ПУ , у = 3,67 рази.

Далі показано, що при оптимізації перехідного процесу усієї ДІС ФАП його тривалість буде меншою ніж при оптимізації перехідного процесу тільки ОКУ.

Приведено та описано також еквівалентну структурну схему ДІС ФАП.

У четвертому підрозділі аналогічними підходами вирішується завдання синтезу оптимальної за швидкодією ітераційної системи фазового автопідстроювання шляхом оптимізації перехідного процесу об'єкта управління. Показано, що тривалість перехідного процесу у порівнянні з випадком оптимізації перехідного процесу лише ОКУ зменшується в 1,3 рази.

У п'ятому підрозділі вирішується завдання синтезу розімкненого каналу управління за задаючим впливом у класі дискретних комбінованих систем фазової синхронізації (СФС). Структурні схеми СФС з дискретним розімкненим каналом та з цифровим обчислювальним пристроєм, зображені на рис.5а та 5б відповідно.

Передатна функція цифрової комбінованої (ЦК)СФС щодо похибки дорівнює

(8)

де - передатна функція ЦК СФС у розімкненому стані без врахування .

Точність роботи ЦК СФС, як будь-якої системи автоматичного управління, залежить від вигляду оператора неперервної частини СФС.

Нехай (9)

тобто вихідна СФС без розімкненого каналу управління має порядок астатизму .

Переходячи до псевдочастоти, дістаємо (10) де - частота вхідного сигналу (зміни фази);- абсолютна псевдочастота; Т0 -крок видачі даних ЦОП; -оператор z-перетворення.

Формула (10) має місце при частоті зрізу СФС і . З урахуванням (10) еквівалентна передатна функція ЦКСФС у розімкненому стані

(11)

Припускаючи, що , дістаємо

При маємо

(12)

Як випливає з виразу (12), передатна функція при відповідає СФС з астатизмом другого порядку.

Щоб визначити , перейдемо від до z-зображення

(13)

де

Реалізація передатної функції виду (13) на ЕОМ чи за допомогою цифрового обчислювального пристрою (ЦОП) не викликає ніяких утруднень, а ЦКСФС можна синтезувати як безперервну КСФС відповідно до обраного критерію.

У п'ятому розділі, вирішуються завдання підвищення точності систем і пристроїв управління та оцінки ефективності інваріантної системи управління.

Показано, що при оцінці точності пристроїв опрацювання інформації в системах управління мережами та послугами телекомунікацій можливо використати інформаційно-ентропійний підхід для розрахунку втрат інформації і розробки схем опрацювання інформації за методом відхилень від даних моделі управління і за екстремальною моделлю. Запропоновано функціональні схеми системи опрацювання інформації з управлінням по відхиленню

Для оцінки ефективності систем управління введена міра ефективності використання регулюючим пристроєм інформації, що характеризує джерело збурень. Запропоновано метод усунення некорисної інформації управління, який полягає в узгодженні швидкості генерування інформації джерелом збурень, пропускної спроможності пристрою опрацювання інформації і швидкості споживання інформації об'єктом управління, що підвищує ефективність управління. Визначено спосіб мінімізації інформації про кожне збурення з застосуванням управляючої ЕОМ. Відбір мінімуму інформації про кожне збурення з виділеної підмножини досягається вибором максимального (при заданій точності регулювання) кроку квантування і дискретизації вихідного неперервного сигналу, що характеризує збурення.

Висновки

Сукупність наукових положень, сформульованих та обгрунтованих в дисертаційній роботі, є вирішенням завдання підвищення основних показників якості систем і пристроїв управління мережами та послугами телекомунікацій. Системний підхід, застосований до формулювання проблем управління, дозволив визначити перелік та актуальність низки наукових задач, вирішених в роботі.

В дисертації отримані наступні теоретичні і практичні результати:

1. Виконано обгрунтування актуальності впровадження автоматизованого управління в телекомунікаціях, розглянуто особливості розвитку мереж та послуг телекомунікацій та визначено особливості управління ними, визначено проблеми захисту інформації в системах управління. Розроблено концепцію та ієрархічну структурну схему системи управління для національних мереж телекомунікацій та запропоновано склад гіпотетичного центру управління телекомунікаціями.

2. Запропоновано класифікацію процесів діяльності оператора телекомунікацій, на основі якої розроблено структурну модель процесів, яка відповідає моделі TMN, але є її подальшим розвитком. Розроблено функціональні моделі процесів і підпроцесів, аналіз опису яких дозволяє визначити основні аспекти взаємозв'язків між складовими частинами процесів, між станом мереж та технічних засобів, організацією експлуатації та технічного обслуговування з одного боку, та номенклатурою, кількістю і якістю послуг - з іншого, а також визначити пріоритетність автоматизації управління процесами.

3. Запропоновано методику оптимізації системи управління з використанням векторного синтезу. Показано, що задача зводиться до вибору з множини суворо допустимих систем такої, яка має найкраще значення вектора показників якості. Показано, що критерій оптимальності та обмеження за фіксованими значеннями змінних управління залежать від вектора зовнішних чинників, і вказано на шляхи вирішення задач оптимізації у різних ситуаціях експлуатації.

4. Запропоновано методику синтезу системи управління, інваріантної до непередбачених змін її параметрів та структури на основі введення функціональної надлишковості. Доведено, що кількісним показником оцінки ступеня інваріантності доцільно прийняти ймовірність точного відтворення сигналів управління.

5. Запропоновано структуру і методику побудови ефективного цифрового каналу для передавання інформації управління та алгоритм реалізації оптимального прийому для різних систем багатопозиційних сигналів з амплітудно-фазовою модуляцією.

6. За результатами аналізу сучасних систем синхронізації та управління ними розроблено нові структури: оптимальних за швидкодією ітераційних систем фазового автопідстроювання, які відрізняються тим, що пристрій управління, розташовано в розімкненому компенсаційному каналі і він не впливає на стійкість контурів управління; оптимальних за швидкодією двоконтурних ітераційних систем фазового автопідстроювання, коли оптимізуються власне об'єкти управління. Досліджено особливості побудови пристрою управління для таких систем.

7. Розроблено засоби компенсації впливу задавального діяння на сигнал управління за допомогою лінійних коригувальних пристроїв і логічних комутаторів та запропоновано методику синтезу пристрою управління, коли в якості об'єкта управління використовується замкнений контур управління.

8. Вирішено задачу синтезу розімкненого каналу управління за задавальним діянням у класі дискретних комбінованих систем фазової синхронізації.

9. На основі інформаційно-ентропійного підходу запропоновано структуру системи опрацювання інформації управління по відхиленню від даних моделі об'єкта управління, побудованої на основі закономірностей зміни параметрів, якими управляють. Система забезпечує високу завадостійкість та безінерційність управління. Запропоновано екстремальну структуру опрацювання інформації управління при нелінійних переходних процесах об'єктів управління.

10. Виведено співвідношення, що дозволяють: оцінювати втрати інформації в пристроях управління і забезпечувати підвищену точність; визначати мінімум корисної інформації про множину збурень, що впливають на замкнені і розімкнені системи управління. Визначено умови мінімізації ентропії об'єкта управління.

11. Для оцінки ефективності систем управління введена міра ефективності використання регулюючим пристроєм інформації про джерело збурень. Для підвищення ефективності системи запропоновано метод усунення некорисної інформації, що полягає в узгодженні пропускної спроможності пристрою опрацювання інформації і швидкостей генерування інформації джерелом збурень та споживання інформації об'єктом управління. Мінімізація інформації про кожне збурення досягається при заданій точності вибором максимального кроку квантування і дискретизації вихідного неперервного сигналу, що характеризує збурення.

Список основних праць, опублікованих за темою дисертації

1. Бирюков Н.Л., Кильчицкий Е.В., Шмалий Ю.С., Савчук А.В. Проблемы синхронизации национальной сети связи Украины./Збірник наукових праць УНДІЗ. Вип. 1.// Спец. науков. додаток до ж. Зв'язок. - 1998. - С.33-36.

2. Горицький В.М., Кільчицький Є.В. Захист інформації та управління безпекою в мережах телекомунікацій / Матеріали 4-ї міжнародної науково-практич-ної конференції “Еволюція транспортних мереж телекомунікацій. Проблеми побудови, розвитку та управління”.// Вісник УБЕНТЗ.-2001.-№1. -С.99-103.

3. Кильчицкий Е.В. Подходы к комплексному решению проблемы автоматизации управления сетями, услугами и деятельностью в телекоммуникациях/ Материалы международного конгресса “Развитие телекоммуникаций и построение информационного общества в странах СНГ”. - С.-Петербург. - 2001. - С.87-93.

4. Кильчицкий Е.В., Коробко В.В., Щербина И.С. Оптимальные по быстродействию итерационные системы ФАП при оптимизации переходного процесса собственно управляемого объекта //Зв'язок. - 2001. - № 3. - С.49-51.

5.Кильчицкий Е.В., Коробко В.В., Щербина И.С., Бирюков Н.Л. Итерационные системы фазовой автоподстройки повышенной точности и быстродействия. Учебное пособие // Киевский институт связи Украинской государственной академии связи им. А.С.Попова. -К.: ДП УНДІЗ. - 2000. - 78 с.

6. Кильчицкий Е.В., Щербина И.С., Мухин А.М. Расчет многосвязных систем фазовой синхронизации. Учебное пособие // Киевский институт связи Украинской государственной академии связи им. А.С. Попова. - К.: ДП УНДІЗ. - 2001. - 62 с.

7. Кільчицький Є.В. Принципи побудови системи управління цифровими мережами електрозв'язку України. /Збірник наукових праць УНДІЗ. Вип. 1.// Спец.науков.додаток до ж.Зв'язок. -1998. -С.28 -32.

8. Кільчицький Є.В. Створення ефективної системи управління мережами електрозв'язку - один з пріоритетних напрямків розвитку галузі.//Праці науково-практичної конференції “Стратегія входження України у світовий інформаційний простір”. -Київ. - 1997. -С.232-238.

9. Кільчицький Є.В.Технології управління./Матеріали 3-ї міжнародної науково-практичної конференції “Еволюція транспортних мереж телекомунікацій. Проблеми побудови, розвитку та управління”.// Вісник УБЕНТЗ. - 2000. - №1. - С.38-43.

10. Кільчицький Є.В. Автоматизація управління процесами діяльності оператора телекомунікацій. //Труды второй международной научно-практической конференции “Современные информационные и электронные технологии”. - Одесса. - 2001. - С.160-161.

11. Кільчицький Є.В. Процес проектування та розвитку послуг і процес управління мережами й системами // Зв'язок. - 2001. - № 2. - С.27- 30.

12. Кільчицький Є.В. Робота з користувачем як процес діяльності в телекомунікаціях // Зв'язок. - 2001. - № 1. - С.17- 19.

13. Кільчицький Є.В. Управління діяльністю в телекомунікаціях // Зв'язок. - 2000. - № 6. - С.17- 21.

14. Кільчицький Є.В., Кунах Н.І., Щербина І.С. Синтез розімкненого каналу управління комбінованої дискретної системи фазової синхронізації // Збірник наукових праць КВІУЗ. -2001. -№1. -С.72-76.

15. Кільчицький Є.В., Пезенцалі Г.О., Недашківський О.І. Управління мережами та послугами телекомунікацій. Побудова ефективного цифрового каналу для передавання інформації управління./Матеріали 4-ї міжнародної науково-практичної конференції “Еволюція транспортних мереж телекомунікацій. Проблеми побудови, розвитку та управління”.// Вісник УБЕНТЗ.- 2001. - №1. - С.94-98.

16. Кільчицький Є.В., Хиленко В.В. Про деякі особливості управління послугами телекомунікацій./Матеріали 4-ї міжнародної науково-практичної конференції “Еволюція транспортних мереж телекомунікацій. Проблеми побудови, розвитку та управління”.// Вісник УБЕНТЗ.- 2001. - №1. - С.92-94.

17. Cтеклов В.К., Беркман Л.Н., Кильчицкий Е.В. Особенности проектирования инвариантных систем управления //Зв'язок. -2001. -№ 3(29). -С.58-60.

18. Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Кільчицький Є.В., Колченко Г.Ф. Визначення параметрів оптимальної системи управління за багатокритеріальним методом. Навчальний посібник для дипломного проектування.//Київський інститут зв'язку УДАЗ ім. О.С. Попова. -К.:ДП УНДІЗ. -2000.- 105 с.

Размещено на Allbest.ru

...