Адаптивное управление доступом в транкинговых сетях в режиме выделения групп абонентов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 621.396.2

Адаптивное управление доступом в транкинговых сетях в режиме выделения групп абонентов

С.А. Качанов, Н.В. Медведев

Аннотация

В работе предлагается метод минимизации среднего времени ожидания доступа абонентов к каналам связи при увеличении интенсивности переговоров в случае возникновения чрезвычайной ситуации.

Ключевые слова: радиочастотный диапазон, транкинговые системы связи, коэффициент связности, адаптивное управление.

Adaptive Access Management in Trunking Nets in Regime of Users Group Selection

S. Kachanov, N. Medvedev Abstract

Article offers method of minimization of the average waiting time of the users' access to the communication channels in case of talks intensity increase as a result of emergency situation.

Key words: radio-frequency band, trunking communication systems, degree of connectivity, adaptive management.

Лавинообразный рост числа абонентов систем связи в чрезвычайных ситуациях (ЧС) приводит к перегрузке радиочастотного диапазона. Поэтому наряду с частотным, временным и кодовым принципами разделения каналов все шире применяется пространственное разделение. Так, пространственно-частотное разделение в системе связи сотовой структуры [1] успешно решает проблему перегрузки частотного диапазона посредством повторного использования имеющихся частотных каналов на обслуживаемой территории.

Таким образом, в системах связи с подвижными объектами, выполняющими задачи в интересах оперативных служб, в том числе и МЧС России, целесообразно использовать новые решения и подходы, связанные с оптимизацией режима динамического распределения нагрузки, которое должно производиться с учетом специфических особенностей работы ведомственных сетей.

Как правило, абонентам таких сетей предоставляется возможность свободного доступа к нескольким каналам связи на всей обслуживаемой территории. Си-

стемы подобного класса получили название транкинго-вых систем связи.

С точки зрения эффективности использования имеющегося частотного ресурса в таких системах важным является вопрос выделения групп абонентов, каждому из которых предоставляется определенное число равнодоступных каналов.

В качестве показателя эффективности обслуживания абонентов принимается среднее время ожидания по системе в целом. Поэтому оптимальным считается такое разбиение множества абонентов на группы и такое распределение ограниченного числа каналов, при котором среднее время ожидания минимально.

Рассмотрим задачу адаптивного управления доступом в транкинговых сетях в режиме выделения групп абонентов при ограничениях на число каналов и доступность абонентов к ним.

Для решения этой задачи исходными данными выступают матрица взаимных средних интенсивностей выхода на связь и матрица средних продолжительно-стей разговоров между абонентами.

Технологии гражданской безопасности, том 7, 2010, № 3 (25)

/85

Осуществим математическую постановку задачи. Всё множество абонентов А разобьем на непересекающиеся подмножества А1 (/ = 1,..., п), Л, п Л, = 0 при .Ф], число абонентов в множестве А1 равно Ж, общее число

п

абонентов в системе Ж= ^ N..

¡=1

Абонентам, принадлежащим каждому из подмножеств А.., выделено множество равнодоступных каналов С, С1 п С, = 0 при . Ф ]; число каналов в множестве С1 равно е.. Абоненты, принадлежащие одному множеству А.., связываются между собой по множеству равнодоступных каналов С , а принадлежащие различным множествам А1 и А] ( гФ ]) — через центральную станцию, которой доступны все каналы системы.

Пусть дана матрица связей Г, элементами которой укт является среднее число выходов на связь в единицу времени от к-го абонента к т-му, то есть интенсивность переговоров. Потоки будем считать пуассоновскими, продолжительности связей независимыми и распределенными по показательному закону со средним значением 1/ц, матрицу Г-симметричной.

Полный трафик сети определим как

Среднее время ожидания по системе в целом

T - jj XTi (с,л,).

i -1 У

(4)

Оптимизация сети заключается в нахождении глобального минимума функции T при ограничениях

n

на общее число каналов j ct < со и на среднюю доступ-,=1 1 -Л

ность абонентов к каналам — j Nc < а , где а — мак-

i

симально допустимая средняя доступность. Варьируемыми параметрами являются а,, с, 1 < i < n, 1 < n< N.

Это задача нелинейного целочисленного программирования, которую с учетом указанных выше ограничений можно записать в виде:

T ^ min,

r = jjrkm.

N

jс, - С < 0, —1 1N

—jalc, -а< 0,

N-i i i

jj - 1T < 0

(1)

(5)

Введем идентификатор множества А. в виде вектора строки

С , = (ап,...,Ок,...,СN ),

где: с к = 1, если к-й абонент принадлежит множеству А1 и с к = 0 в противном случае. При введенных обозначениях поток из множества А1 в множество Aj определим как Яу = СГсТ, а матрицу потоков Л с элементами Л, можно представить в виде

Л = Д-Г-А1

(2)

где все е 1 — целые числа, а с ,- > 0 — двоичные векторы строки; последнее равенство следует из того, что Л, п Л, = 0 при .Ф ] и и Л, = Л .

К сожалению, при больших значениях N такого рода задачи трудно разрешимы классическими методами целочисленного программирования. Но с учетом ряда свойств целевой функции и ограничений в работе [4] предложен достаточно простой алгоритм оптимизации, состоящий в итеративной процедуре объединения множеств абонентов.

В указанной работе показано, что суммарный поток равен разности между удвоенным полным трафиком и суммарным внутренним потоком:

где А' =

„ T _ T _ T C 1 ,-,C i ,-,C n

Поток Л, по множеству каналов С. складывается из внешнего потока, исходящего от абонентов множества

п

А., равного ^Лу - Я,, = С ГI- СГС , внешнего потока,

j=1

входящего в множество А,, равного jXy - Xü = 1Tr х

j=1

х ст- СГст , и внутреннего потока Л = СГсТ. Таким образом, с учетом симметричности матрицы получаем:

л= 2с Г1-сС.

(3)

Согласно [2, 3] среднее время ожидания по множеству каналов С. представляется в виде:

T(ci'л)=1 Р(Л) ™

где: P (с,Л) =

Ц С -Л,/ц с,!- (1 -XJ^y

k! ct !(1 -X/Mc,)

л = jj X = 2Y-jj с ,Г сс T.

(6)

Из (6) следует, что для уменьшения среднего времени ожидания при объединении множеств абонентов необходимо стремиться к уменьшению суммарного потока и увеличению суммарного внутреннего потока.

Указанное правило влечет за собой такой алгоритм формирования множеств абонентов, внутренние потоки в которых достаточно велики. Реализация алгоритма позволила исследовать следующий пороговый эффект, важный для ведомственных систем мобильной связи. А именно уменьшение доступности, соответствующей свободному доступу (100%), до значения коэффициента связности 15%, требует увеличения числа каналов только на 30—40%. При значении же доступности 10% и менее число требуемых каналов возрастает в несколько раз по сравнению со свободным доступом. Отсюда сле-

k-1 m-1

дует вывод о том, что можно без существенных затрат уменьшить доступность абонентов к каналам до значения коэффициента связности. Это особенно важно в ведомственных системах подвижной радиосвязи, в которых каждый абонент связан с весьма ограниченным числом абонентов.

Использование в таких системах предложенного метода дает возможность минимизировать среднее время ожидания посредством соответствующего разбиения множества абонентов на группы и распределения каналов по этим группам.

Литература

1. Пышкин И.М., Пантикян Р.Т., Шорин О.А. Эффективность частотного и кодового разделения в цифровых системах радиосвязи // Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва,1989.

2. Демьянов А.И. Оценка параметров скачков нагрузки в сотовых сетях подвижной связи // Электросвязь, 2002. № 1. С. 33-36.

3. Башарин Г.П. Лекции по математической теории телетрафика. М.: Изд-во РУДН, 2004. 186 с.

4. Method for Point-to-Area Predictions for Terrestrial Services in the Frequency Range 30 to 3000 MHz / Recommendation ITU-R P. 1546. 2001.

Сведения об авторах:

Качанов Сергей Алексеевич, д.т.н., профессор, ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), заместитель начальника института по научной работе, 121352, г Москва, ул. Давыдковская, 7.

Медведев Николай Викторович, к.т.н., доцент, МГТУ им. Н.Э. Баумана, начальник научно-исследовательской лаборатории, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5, стр. 1.

Разработки ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)

/87

, - В.Резников

Аэрокосмический мониторинг:

состояние,

проблеммы,

перспективы

I

Москва 2009

УДК 528.88 (15)

ББК 63,3

Р 34

Рецензенты: главный научный сотрудник ФГУ ВНИИ ГОЧС, д.т.н., профессор Одинцов Л.Г., д.т.н. Винокуров Л.В.

Резников В.М. Аэрокосмическая система мониторинга: состояние, проблемы, перспективы / В.М.Резников. — М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2009. — 200 с., ил.

ISBN 978-5-93970-026-8

В монографии подробно описывается система космического мониторинга чрезвычайных ситуаций МЧС России (СКМ ЧС), созданная и развивавшаяся на протяжении десяти лет коллективом ученых ВНИИ ГОЧС.

СКМ ЧС представляет собой наземную распределенную систему комплексов приема и обработки космической информации, поставляемой отечественными и зарубежными космическими аппаратами в интересах МЧС России.

Предложена методология оценки эффективности системы информации для снижения рисков чрезвычайных ситуаций не только природных, но и части техногенных ЧС.

Проведенный на основе разработанной методологии анализ эффективности мониторинга при прогнозе, обнаружении, контроле изменений и оценке последствий природных и техногенных ЧС позволяет обосновать рациональную трехуровневую структуру и состав системы дистанционного мониторинга территорий и объектов РФ.

Предлагаемая трехуровневая система мониторинга разрешает присущее космическому мониторингу противоречие между требованиями высокого пространственного и временного разрешения, что обеспечивает использование ее данных не только для управления природными и рядом техногенных рисков, но также открывает перспективу увеличения вероятности краткосрочного прогноза сильных землетрясений.

Книга может представлять интерес для разработчиков федеральной системы мониторинга территорий, объектов и ресурсов Российской Федерации.

© Резников В.М., 2009

© ФГУ ВНИИ ГОЧС, 2009

ПРЕДИСЛОВИЕ

В современных условиях, когда возрастают угрозы возникновения природных и техногенных катастроф, особое значение приобретают разработка и внедрение передовых технологий зашиты и спасения, модернизация существующих и создание новых средств и технологий. Поэтому не случайно с момента зарождения Спасательной службы России одним из приоритетных направлений ее деятельности становится развитие научных исследований в области высоких технологий, внедрение научно-технических достижений в практическую деятельность по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и осуществлению мероприятий гражданской обороны.

Проведенные в последние годы научные исследования позволили разработать новые методы выявления чрезвычайных ситуаций, количественной оценки их масштабов, систему прогнозирования ЧС и их возможных последствий, поставить на службу МЧС России космические технологии и многие другие достижения научно-технического прогресса. Целью данной книги являлось представить открывающиеся в последние годы, в связи с разработкой дирижаблей нового поколения, альтернативные космическим технологиям возможности резкого повышения эффективности дистанционного мониторинга территорий и объектов РФ. Автор анализирует методы и способы использования данных технологий, основные направления и пути их дальнейшего развития.

Анализ возможностей созданной в МЧС России Системы космического мониторинга выявил существующие проблемы, связанные с отсутствием космической информации высокого разрешения и требуемой оперативности, что снижает эффективность борьбы с природными ЧС и исключает ее участие в ликвидации техногенных катастроф.

Разработанная методология позволяет оценить перспективы развития системы дистанционного мониторинга, связанные с новыми достижениями в науке и перспективами использования воздухоплавательных аппаратов, в том числе для краткосрочного прогноза землетрясений.

Начальник ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), д.т.н., профессор В.А. Акимов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Чрезвычайные ситуации на территории Российской Федерации

2. Современные технологии дистанционного мониторинга Земли

3. Наземная система приема и обработки космических данных ДЗЗ

4. Модернизация СКМ ЧС

5. Методология оценки эффективности аэрокосмической системы мониторинга

6. Оценка эффективности сегментов перспективной АКСМ

7. Технико-экономическое обоснование использования ВПА

ЛИТЕРАТУРНЫЕ ИСТОЧНИКИ

Электронная версия книги в формате PDF

http://elibrary.ru/item.asp?id=15017723