CC BY
10
УДК 621.317
ФОРМИРОВАНИЕ ВАРИАНТОВ ОРГАНИЗАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ
А.В. Боговик, О. А. Губская
Рассматриваются основные методы моделирования организационных структур систем оперативного управления транспортными сетями связи, которые могут быть использованы при решении задач проектирования и построения современных и перспективных систем оперативного управления сетями связи специального назначения.
Ключевые слова: организационная структура, система оперативного управления, сети связи, проектирование, транспортная сеть связи.
Современные телекоммуникационные системы специального назначения, в том числе транспортные сети связи (ТСС), постоянно совершенствуются и развиваются. Интересы обеспечения эффективности процессов оперативного управления современными и перспективными сетями связи требуют развития и применения соответствующих методов анализа и синтеза для решения задач проектирования рациональных иерархических структур систем оперативного управления и алгоритмов их функционирования.
В общем случае процесс разработки организационных структур систем оперативного управления ТСС (ОС СОУ) следует рассматривать как итерационно-циклический процесс, реализуемый в рамках структурно-параметрического описания ОС СОУ как объекта проектирования с использованием графов. При этом формирование вершин графа в структурном плане обеспечивается процедурами вертикальной и горизонтальной структуризации целей и задач ОС СОУ. Варианты вертикальной структуризации задач будут отображать множество альтернатив иерархического представления ОС, а варианты их горизонтальной структуризации дают возможность определить альтернативы их структурного представления на горизонтальных уровнях. Структурно-параметрическое описание ОС СОУ с использованием графов обеспечивает декомпозицию процесса проектирования ОС и содержит уровневую этапную декомпозицию ОС СОУ и процесса ее проектирования. В целом решение этой сложной задачи требует пространства структурно-параметрических описаний альтернативных вариантов организации ОС и разработки определенных правил, связывающих процессы раскрытия вершин графа, в том числе и с применением экспертной информации.
Общая постановка задачи проектирования организационной структуры системы оперативного управления ТСС может быть следующей.
Пусть варианты решений (альтернатив) оргструктуры СОУ описываются набором (вектором) параметров Sn e ENn размерности Nn, принимающим значения из множества S0 .
Используя модели функционирования ОС, можно провести анализ поведения альтернативных вариантов оргструктуры во времени и во внешней среде. Сравнение результатов функционирования для всевозможных пар альтернатив из Б0 определяется на множестве Б0: альтернатива Бпх
эффективнее альтернативы Бпу тогда и только тогда, когда (Бпх, Бпу) е Ф
или (Бпх ФБпу) , где Ф - бинарное отношение.
В зависимости от свойств модели (Бп, Ф) приемлемыми могут оказаться следующие решения: множество всех мажорант модели (Бп, Ф), ядро ее смешанного расширения, ядро модели (Бп, Фг), где Фг - транзитивное замыкание отношения Ф и др. Наиболее общей постановкой задачи проектирования ОС СОУ является
^ ® Бй* = С (^), (1)
где С (Бп) - некоторая функция выбора.
Так как всякая функция выбора может быть представлена в конечном счете в виде композиции нормальных функций выбора, то она в полной мере определяется совокупностью бинарных отношений на множестве Бп. Таким образом, язык бинарных отношений является наиболее приемлемым для решения задач проектирования СОУ. Тогда под задачей проектирования ОС СОУ будем понимать задачу выделения ядра - множества максимальных элементов из Б0 по бинарному отношению Ф:
Б0 ® Бй* = тах (Б, Ф), (2)
где Ф в общем случае имеет нечеткий характер.
Наличие нечеткости отношений предпочтения альтернатив связано со сложностью объекта проектирования, с невозможностью в ряде случаев полной централизации всех процессов сбора и обработки информации и принятия решений. Это определяет необходимость декомпозиции ОС СОУ и этапную декомпозицию процесса проектирования.
Каждому этапу проектирования сопоставляется своя модель функционирования ОС СОУ, а постоянное, поэтапное усложнение задачи связано с расширением состава учитываемых в моделях параметров и их взаимосвязей. В итоге процесс проектирования приобретает иерархический характер.
Отношение Ф порождается параметрическим семейством критериев сравнительной эффективности ОС (Ж (Бп)).
Нечеткость и векторный характер эффективности формируемых оргструктур определяют особенности методов сравнительной эффективности альтернатив БпЛ е Б0. Учитывая векторный характер критериев эффективности, можно рассматривать различные способы задания бинарных от-
ношений Ф на S°. При этом наиболее употребительными в практических приложениях проектирования ОС СОУ являются бинарные отношения Па-рето на конечные множества.
Тогда задача оптимизации ОС СОУ состоит в отыскании
Arg extr W (Sn), (3)
S eS0
где extr есть min или max в зависимости от вида скалярной функции.
Векторный критерий эффективности функционирования оргструктур СОУ может быть представлен группами взаимно противоположных критериев: с одной стороны, это критерии реальной продуктивной деятельности должностных лиц (вероятности своевременного и безошибочного решения оперативно-тактических задач или их время решения), а с другой - стоимостные, массогабаритные и т. п. показатели, то наиболее эффективен метод линейной многокритериальной скаляризации. При этом
mn
w (Sn ) = £lWO (Sn), (4)
¿=i
m
n
где l2 - весовые коэффициенты, 0 <12 £ 1; X l = 1; WO (Sn) - нормиро-
2=1
ванное значение i-го частного критерия
0 < WO (Sn)< 1. (5)
Для нормирования векторов W (Sn) используются предельные значения составляющих вектора эффективности W пред , определение которых
осуществляется на основе решения задач оптимизации с условным критерием предпочтения, т.е.
opt W (Sn) при Wj (Sn) с DWj; j = ; j Ф i, (6)
SneSn
где DWj - область допустимых значений j-го критерия эффективности ОС.
Данную проблему связывают с определением области компромиссов по эффекту или затратам на организацию функционирования ОС СОУ. Это приводит к сужению множества решений и необходимости решения задачи векторной оптимизации при наличии строгого противоречия между отдельными показателями качества.
Таким образом, задачу проектирования ОС СОУ на всех этапах ее реализации следует рассматривать как многокритериальную задачу векторной оптимизации, решение которой обеспечивается последовательным сравнением альтернатив организации ОС СОУ по эффективности на основе моделирования целевого применения системы. Иерархический характер процесса проектирования при этом определяет только лишь сложность самих моделей выбора.
Специфической особенностью задач проектирования организационных структур систем оперативного управления сетями связи является их высокая размерность. Данный факт практически исключает возможность
220
применения полного перебора проектных решений и определяет необходимость поиска путей сокращения анализа альтернатив в задачах проектирования ОС СОУ. В этом плане актуальным может явиться применение метода последовательного анализа альтернатив проектных решений, использующих специфику решаемых задач.
Рассмотрим задачу проектирования ОС СОУ как задачу отыскания ядра альтернатив
^ ® 5*= тах (^, Ф) (7)
модели (,Ф), где 5п - множество конкурирующих вариантов организации ОС СОУ.
Тогда суть последовательного анализа проектных решений ОС СОУ может быть сведена к применению на каждой у-й итерации метода некоторого «правила отбраковки» альтернатив ОС СОУ, определяемого содержанием решаемой задачи, т. е.
V, ® 5пу = 8пуПу , (8)
где - множество альтернатив организации СОУ, отбракованных на у-й
итерации проектирования организационной структуры. Решением служит получаемое на выходе, т.е. на &п-шаге процедуры, множество Япк.
К правилам отбраковки предъявляются два требования: во-первых, правила отбраковки проектных решений должны быть согласованы с отношением Ф эффективности работы оргструктуры СОУ с тем, чтобы множество Бпк должным образом аппроксимировало искомое ядро решения
задачи 5*, т.е. (5пк □ 5*), во-вторых, правила отбраковки должны реали-
зовываться «быстрыми», «упрощенными» алгоритмами.
Необходимость включения в общую систему проектирования оргструктур «быстрых» алгоритмов поиска опорных (базовых) вариантов ОС СОУ наряду с алгоритмами глобальной оптимизации ОС получила строгое логическое подтверждение. В рамках этого же подхода может быть определено их положение в общей структуре последовательного применения технических средств проектирования ОС СОУ.
На рисунке приведена структурная схема последовательного проектирования ОС СОУ. В ней согласование требований внешнего и внутреннего процессов проектирования системы обеспечивается процедурами генерирования вариантов ОС на основе автоматического формирования альтернативных вариантов вертикальной и горизонтальной структуризации задач, решаемых ОС.
Формирование базовой структуры ОС СОУ обеспечивается последовательно применяемыми аналитическими алгоритмами расчета параметров ОС.
Дальнейшее уточнение структуры ОС СОУ обеспечивается уже более сложными методами на основе аналитико-статистического моделирования с применением человеко-машинных методов принятия решений.
Наличие базового варианта в процессе последовательного проектирования ОС дает возможность упростить ряд зависимостей и перейти от нелинейных моделей к линейным в окрестности базового варианта организации ОС СОУ.
Определение структуры целей и задач ОС СОУ
Построение матрицы взаимных связей задач ОС СОУ
Определение множества альтернативных вариантов организации (построения) ОС СОУ
Алгоритм вертикальной и горизонтальной структуризации задач
Определение глубины иерархии задач управления, группировок потоков задач на уровнях иерархии. Предварительная оценка параметров потоков задач на каждом уровне иерархии.
Расчет опорного (базового) варианта организации ОС
СОУ на основе аналитических моделей
Определение рационального варианта организации ОС 5 - рациональной глубины иерархии системы
- рационального числа элементов на каждом уровне иерархии
Определение рационально-квалификационной структуры системы с учетом связей взаимодействия
К человеко-машинным процедурам коррекции ОС на базе аналитико-статистического моделирования функционирования ОС в различных условиях деятельности группы
Структурная схема процесса последовательного проектирования организационной структуры системы оперативного управления
Таким образом, методология последовательного проектирования ОС предполагает наличие иерархически взаимосвязанных постепенно усложняющихся, в основном за счет расширения числа учитываемых факторов, моделей функционирования ОС СОУ. На каждом уровне иерархии последовательного проектирования решается свой комплекс задач. Это позволяет, с одной стороны, экономить ресурсы, отпускаемые на решение проектных задач, а с другой - адаптировать сам процесс проектирования в условиях усложнения и расширения взаимного влияния факторов, определяющих эффективность СОУ.
Таким образом, реализация предлагаемого подхода к решению задач проектирования рациональных вариантов организационных структур СОУ требует, во-первых, формального описания процесса иерархического
проектирования, формально выражаемого в процедурах декомпозиции и агрегирования, а во-вторых, требует детального анализа условий согласования отношений предпочтения альтернативных вариантов ОС СОУ на различных уровнях иерархии.
Рассмотренные и предлагаемые в статье методы и модели могут быть рекомендованы для использования при разработке методик синтеза организационных структур систем оперативного управления сетями связи при их проектировании и построении.
Список литературы
1. Боговик А.В., Игнатов В.В. Теория управления в системах военного назначения. СПб.: ВАС, 2008. 460 с.
2. Боговик А.В., Игнатов В.В. Эффективность систем военной связи и методы ее оценки. СПб.: ВАС, 2006. 184 с.
3. Месарович М.Д., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. М.: Мир, 1973. 344 с.
4. Методы математического моделирования систем и процессов связи. Под общ. ред. Чемиренко В.П. С-Пб.: Изд-во Политехнического университета, 2009. 308 с.
Боговик Александр Владимирович, канд. воен. наук, профессор, hogovikavamail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного,
Губская Оксана Александровна, адъюнкт, oksanochka23932393gmail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного
FORMATION OF VARIANTS OF THE ORGANIZATIONAL STRUCTURE OF THE SYSTEM OF OPERATIONAL MANAGEMENT OF THE TRANSPORT COMMUNICATION
NETWORK
A. V. Bogovik, O.A. Guhskaya
The article considers the main methods of modeling organizational structures of operational control systems of transport communication networks, which can he used in solving prohlems of design and construction of modern and advanced systems of operational control of special purpose communication networks.
Key words: organizational structure, operational management system, communication networks, design, transport communication network.
Bogovik Aleksandr Vladimirovich, candidate of military sciences, professor, hogovikavamail. ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny,
Guhskaya Oksana Aleksandrovna, postgraduate, [email protected], Russia, St. Petershurg, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny
