Размещено на http://www.allbest.ru/

Пути оптимизации алгоритмов синтеза структуры транкинговых сетей подвижной связи с использованием геоинформационных технологий

Авдеев А.А.,

Смирнов К.А.

Мощным инструментом автоматизированных систем поддержки принятия решений при планировании сетей связи являются геоинформационные технологии (ГИТ), прошедшие в своем развитии путь от узкоспециализированных способов и методов обработки цифровой картографической информации до высокоразвитых программных средств, называемых геоинформационными системами (ГИС).

Наибольшей сложностью обладает планирование сетей подвижной радиосвязи, включающих большое число радиоэлектронных средств (РЭС). Главным итогом планирования применения РЭС является выбор их мест размещения (для подвижных РЭС - траекторий перемещения или районов размещения) и режимов работы, характеризуемых определенной совокупностью пространственно-временных и частотно-энергетических параметров. При этом основной эффект от использования ГИТ проявляется в предоставлении возможности оперативного и достоверного учета многостороннего влияния земной поверхности и местных предметов на результат распространения радиоволн как между РЭС развертываемой наземной сети радиосвязи, так и на результат их взаимодействия с РЭС внешних систем. радиосвязь учет земной

Однако предоставляемые возможности ГИТ можно эффективно реализовать лишь при разумном использовании циркулирующей в ГИС информации, обилие которой само по себе еще не гарантирует качество и своевременность принимаемых решений. Выбор алгоритмов более "разумного" использования цифровой картографической информации представляет собой основную проблему, решаемую при создании специализированных или настраиваемых на решение конкретных прикладных задач профессиональных ГИС. При этом целью подобной оптимизации алгоритмов поддержки принятия решений может служить приемлемый компромисс между временем и точностью расчетов [1].

Анализ последовательности решаемых задач при планировании сетей подвижной радиосвязи с использованием ГИТ позволил разделить их на три (совместно влияющих на итоговое время расчетов) вложенных уровня, отличающиеся классами используемых алгоритмов принятия решения (рис.1).

Верхний уровень: определение состава и пределов управляемых (варьируемых) параметров (мест размещения и параметров режимов работы РЭС), состава и пределов изменения внешних факторов (мешающих РЭС и условий распространения радиоволн), цели расчетов и критериев пригодности промежуточных решений.

Средний уровень: выбор и реализация правила (последовательности) перебора варьируемых параметров и учитываемых внешних факторов.

Нижний уровень: вычисление частных показателей качества функционирования РЭС при выборе очередных перебираемых параметров.

Следует отметить, что в общем случае при расчетах на нижнем уровне также можно выделить три вложенных уровня, подобных описанным выше, что указывает на методологическую общность приведенного разложения, характерного для моделирования любых сложных иерархических систем.

Оптимизация алгоритмов выбора на верхнем уровне является наиболее сложной, поскольку затрагивает слабоформализуемые предпочтения выбора лиц принимающих решения [2] . Поэтому повышение эффективности использования ГИТ на данном уровне в основном сводится к созданию удобных диалоговых оболочек ГИС, позволяющих получать наглядную (преимущественно графическую) информацию о множествах значений исходных данных. При этом в качестве рассматриваемых исходных данных могут использоваться результаты предварительных расчетов ряда показателей качества связи при отдельных значениях перебираемых параметров с ограниченным учетом внешних факторов.

Рисунок 1 - Трехуровневая модель процесса автоматизированного планирования сетей связи с использованием ГИТ

К подобным характеристикам исходных данных можно отнести изображения зон радиодоступа, карты уровней электромагнитного поля, карты зон покрытия, зон обслуживания, границы районов размещения РЭС внешних систем и т.п., а также результаты выбора части варьируемых параметров на предшествующих циклах решения задачи.

На среднем уровне для оптимизации алгоритмов перебора варьируемых параметров в общем случае могут быть использованы известные методы математического программирования. При этом основная сложность выбора подходящего алгоритма заключается в необходимости учета преобладающей многоэкстремальности зависимостей оцениваемых показателей качества от перебираемых параметров пространственного размещения РЭС. В худшем случае приходится использовать алгоритмы [3] полного перебора. Но и в этом случае можно заметно повысить эффективность поиска за счет выбора локальных областей поиска, начальной точки, траектории перебора, условий остановки и перехода в другую область. На данном уровне принятия решения ГИТ позволяют создать удобный графический интерфейс для интерактивного управления перебором, что может иметь вид вмешательства человека в динамическое изменение условий остановки и продолжения поиска при реализации, например, метода ветвей и границ.

На нижнем уровне оптимизация алгоритмов вычисления показателей, характеризующих очередное значение варьируемых параметров, заключается в сокращении времени выборки и преобразования исходных данных в искомый результат. В простейшем случае расчет сводится к выборке из памяти ЭВМ результата, адресом которого является совокупность исходных данных. При этом оптимизация алгоритма вычисления заключается в оптимизации структуры базы данных ГИС и используемых процедур считывания. В более сложном случае, как уже упоминалось выше, расчет может разрастись в переборную задачу, включающую опять-таки три уровня: уточнения множества влияющих на результат факторов, перебора их значений и вычисления промежуточных характеристик.

Обобщенно критерием пригодности выбранных мест размещения и режимов работы РЭС является прогнозируемая возможность выполнения требований к качеству их работы в составе отдельных радиолиний и сети связи в целом с заданными системными показателями качества и эффективности.

На верхнем уровне в результате декомпозиции обобщенных требований к сети связи на требования к местам размещения РЭС можно выделить три группы требований к последним:

1. реализуемость размещения;

2. осуществимость заданных связей;

3. устранимость мешающих связей.

Первая группа требований определяет условия физической реализуемости доставки и развертывания РЭС в анализируемой точке в заданные сроки в заданных режимах работы.

Вторая группа требований определяет условия пригодности образуемых интервалов связи в заданных режимах работы. При этом критерием пригодности является допустимость ослабления радиоволн, вызываемого рельефом местности, или допустимость надежности связи по замираниям.

Третья группа требований определяет условия отсутствия мешающих воздействий как развертываемых средств связи в заданных режимах работы на другие РЭС, так и других РЭС на развертываемые средства связи. К этой же группе требований можно отнести условия обеспечения своевременного доступа к частотным каналам базовых станций многих подвижных объектов, в определенном смысле выступающих по отношению друг другу, как мешающие факторы.

На среднем уровне сформулированные выше критерии могут использоваться для реализации интерактивного метода ветвей и границ, в соответствии с которым исключается проверка пригодности мест размещения РЭС по i+1 критерию при отсутствии пригодности по i-му критерию. При этом на нижнем уровне вычисляются показатели, используемые для принятия решений о пригодности очередного участка по каждому из указанных выше критериев.

Для гарантированной оценки пригодности мест размещения РЭС целесообразно использовать энергетический критерий, основанный на граничных оценках величины ослабления радиоволн, а также на достоверно известных энергетических характеристиках взаимодействующих РЭС. Для сокращения времени анализа влияния рельефа местности на ослабление радиоволн можно использовать адаптивно-игровой подход, упорядочивающий граничные оценки на наихудший случай в зависимости от состава (объема) исходных данных, уточняемого в зависимости от выделяемого времени для расчетов. При этом при расчете ослабления на интервалах полезной связи используются нижние границы (минимальный уровень сигналов), а на интервалах мешающей связи - верхние (максимальный уровень помех).

В дополнение к отмеченному выше энергетическому критерию используется также более общий критерий качества обслуживания [4], тоже основанный на граничных оценках влияния, но не рельефа местности, а "рельефа" или, точнее, пространственного распределения нагрузки.

Вывод: в целом, проведенные исследования показали, что за счет использования предлагаемых способов оптимизации алгоритмов автоматизированного планирования сетей связи на базе геоинформационных технологий возможно снижение сроков принятия решений в несколько раз при сохранении гарантированности прогнозируемых показателей качества функционирования.

Литература

1. Боговик, А.В. Теория управления в системах военного назначения [Текст] / А.В. Боговик, Ю.В. Бородакий, В.И. Курносов и др. // Под ред. Ю.В. Бородакия, Е.А. Карпова. - М.: Системпром, 2005. - 411 с. ДСП.

2. Зюзин, Н.А. Новые сетевые технологии в системах телекоммуникаций. [Текст] / Н.А. Зюзин, В.А. Керко, В.И. Курносов и др. // Под ред В.В. Масановца.- М.: Управление делами Президента РФ, 2005. - 661 с. Несекретно.

3. Курносов, В.И. Методологические аспекты формирования технического облика перспективных телекоммуникационных систем [Текст] / В.И. Курносов // Труды межведомственного НТС "Технология общесистемных работ в области телекоммуникаций".-СПб.: ОАО НИИ "Звезда", 2000.- С.31-37. Несекретно.

4. Курносов, В.И. Методология проектных исследований и управление качеством сложных технических систем электросвязи. [Текст] / В.И. Курносов, А.М. Лихачев - СПб.: Изд-во "ТИРЕКС", 1998.- 496с. Несекретно.

Размещено на Allbest.ru