МЕТОДИКА ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНФОКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ ВЫРАБОТКИ ОПТИМАЛЬНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Selishev Valeryi Anatolievich, сandidate of technical sciences, docent, sel648valarambier. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 623.61

МЕТОДИКА ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНФОКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ ВЫРАБОТКИ ОПТИМАЛЬНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ

ВОЗДЕЙСТВИЙ

П.В. Лебедев

Разработана методика повышения устойчивости функционирования ин-фокоммуникационной сети военного назначения. В методику включены расчет и перераспределение пропускной способности по типам трафика и коэффициента загрузки обслуживающих устройств с учетом обеспечения заданного QoS под воздействием дестабилизирующих факторов.

Ключевые слова: методика, инфокоммуникационная сеть, устойчивость, управляющее воздействие, пропускная способность, коэффициент загрузки.

В работе [1] были приведены результаты исследования по расчету показателя устойчивости функционирования инфокоммуникационной сети (ИКС) военного назначения (ВН) с учетом коэффициента готовности и вероятности связности под воздействием дестабилизирующих факторов

(ДФ).

Необходимость повышения устойчивости ИКС ВН, обусловлена высокими требованиями к качеству обслуживания QoS (Quality of Service) мультисервисного трафика, предъявляемыми к ИКС, в условиях воздействия дестабилизирующих факторов.

Это можно обеспечить только при наличии гибкой и эффективной автоматизированной системы устойчивого управления ИКС ВН, и организацией качественного обмена управляющей информацией между пунктами управления. На основе предложенной в работе [2] модели функционирования системы технологического управления (СТУ) ИКС ВН, позволяющей оценить инфокоммуникационную сеть в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, разработана методика по повышению устойчивого функционирования ИКС ВН на основе выработки оптимальных управляющих воздействий и защиты технологического трафика.

Модель функционирования системы технологического управления инфокоммуникационной сетью военного назначения. Процесс управления в разработанной модели (рис.1) осуществляется в соответствии с управляющими воздействиями U (t ) = (щ,..., un, t), которые зависят от получаемых сведений об изменении структуры ИКС и управляемых параметров ее сетевых элементов. В основу функционирования СТУ по заранее составленным алгоритмам положено сравнение вектора параметров X(t)

10

в текущий момент времени с вектором требуемых значений этих параметров Хф. Выходные параметры ИКС образуют вектор Хотр = характеризующий отрегулированное состояние сетевых элементов.

|И0,о(0

СТУ Ь\п, 1}<шф сзтт и\0, . ш (Г) ИКС

Хтр, А, КГ, Ра, ЗЛ). АЗД к

Рис. 1. Модель системы технологического управления (СТУ) с защитой технологического трафика

Также в алгоритм управления ИКС входит задача перераспределения пропускной способности и путей между корреспондирующими парами узлов в связи с динамикой изменения параметров структуры сети с помощью заранее заданных алгоритмов (Лс) управления пропускной способностью, а также поддержания ниже требуемого порогового уровня загрузки обслуживающих устройств в ИКС с помощью алгоритмов управления (Л0) очередей.

Устойчивое функционирование ИКС будет сохраняться на требуемом уровне при выработке оптимального управляющего воздействия ^опт(0> обеспечивающего выходные характеристики сети в соответствии с требуемым критерием качества ее функционирования и требуемого значения устойчивости в условиях воздействия внешних и внутренних дестабилизирующих факторов [3].

Методика выработки управляющего воздействия на ИКС ВН. На основе описанной модели функционирования системы технологического управления (СТУ) ИКС ВН в условиях воздействия дестабилизирующих факторов разработана методика, выработки оптимального управляющего воздействия на ИКС ВН.

Данная методика представлена на рис. 2, где в блоке 2 формируют исходные данные в виде алгоритма управления очередей и управления пропускной способностью. В блоке 3 и 4 получают от ИКС структурные состояния. В блоке 5 сравнивают состояние ИКС ВН с требуемыми значениями, определенными в рекомендации МСЭ-Т 7.1541:

\РУ«)>РУ,

и' =

Утр

С > с

опт тр

^ Р

п г тр

—> 1ШП

(1)

зад

где С - распределение пропускной способности ИКС во времени; р - коэффициент загрузки обслуживающих устройств; £зад - время передачи информационного пакета.

Рис. 2. Методика выработки управляющих воздействий на ИКС ВН

В случае выполнения условий всех параметров информацию передают в блок 4 и в СТУ начинают измерение структурных состояний ИКС ВН снова. Если какие-либо из условий не были выполнены, то информацию передают в блок 6, где сравнивают реальную пропускную способность с требуемой (С>С ). В случае выполнения условия неравенства информацию передают в блок 8. Если условия неравенства не были выполнены, то информацию передают в блок 7, где перераспределяют пропускную способность для каждого типа трафика с помощью заданного алгоритма управления и передают информацию в блок 6.

В блоке 8 сравнивают коэффициент загрузки обслуживающих устройств с требуемым (р>ртр). В случае выполнения условия неравенства информацию передают в блок 10. Если условия неравенства не были выполнены, то информацию передают в блок 9, где распределяют загрузку с помощью заданного алгоритма управления и передают информацию в блок 8.

Алгоритм перераспределения пропускной способности по типам трафика ИКС ВН. Алгоритм перераспределения пропускной способности (рис.3) в блоках 7 и 8 предполагает оценку требуемой пропускной способности для каждого типа трафика и реальную загрузку:

С >С

с =

с >с

^к — трк

С >С

п трп

Далее в блоке 9 рассчитывают общую незагруженную пропускную способность по формуле:

п — I

с б = У с - с

своб / 1 т трт

т=1

В блоке 10 сравнивают пропускные способности Ссвоб и С

загр•

С > С

своб зарг

(3)

(4)

В случае выполнения условия неравенства (4) в блоке 11 выделяют излишки пропускной способности у других типов трафика и перераспределяет её на более загруженные типы трафика. Если условия неравенства (4) не были выполнены в блоке 12 задают весовые коэффициенты для каждого типа трафика в зависимости от их приоритетов. После чего в блоке 13 рассчитывают для них выделяемую пропускную способность по формуле

[4]:

где У К = 1

п-1

с - У кпсп

пп

С =■

п=1

к

(5)

/=1

Рис. 3. Алгоритм перераспределения пропускной способности по типам трафика ИКС ВН

13

Алгоритм управления очередью поступающих заявок с учетом коэффициентов загрузки обслуживающих устройств. Алгоритм управления очередью предполагает определение уровня загрузки обслуживающих устройств (рис.4). При превышении коэффициента загрузки по отношению к требуемому уровню, применяется последовательно алгоритмы управления очередями FIFO, PQ, где после каждого изменения типа обслуживания очереди производится расчет коэффициента загрузки, при отсутствии положительного результата применяется алгоритм организации очередей WRED.

Рис. 4. Алгоритм управления очередью поступающих заявок с учетом коэффициентов загрузки обслуживающих устройств

Взвешенный алгоритм случайного раннего обнаружения (Weighted Random Early Detection, WRED) позволит задавать для каждого класса трафика вероятность отбрасывания пакетов из очереди.

Так, например, на рис. 5 для трафика 1 класса вероятность отбрасывания пакетов менее 5 % при коэффициенте загрузки р<1, в то время как для трафика 3го класса вероятность отброса пакетов начинает быстро расти при коэффициенте загрузки р <0,2 и при 40 % загрузки уже равна 100 %. Этот алгоритм понизит качество трафика, однако сохранит устойчивое функционирование ИКС.

Вероятность отбрасывония

100%

20% 10%'

Наполненность очереди

20% 30% 40% 50%

100%

Рис. 5. Алгоритм управления очередью WRED

Предложения по защите технологического трафика СТУ ИКС

ВН. Для защиты технологической информации передающейся с АРМа администратора СТУ к серверу технологического управления подчиненного узла, предлагается использовать систему защиты технологического трафика по следующему алгоритму (рис. 6).

1. Управляющая информация с АРМ администратора через коммутатор, поступает на сетевой маршрутизатор.

2. Пройдя систему фильтрации конфигурационные параметры поступают на криптоблок (КБ), где происходит их шифрование и помещение в туннель управления. КБ должен быть настроен таким образом, чтобы разрешать помещать в туннель только датаграммы поступающие с АРМ администратора сети [5].

3. Зашифрованные данные поступают снова на сетевой маршрутизатор в качестве исходящего трафика и далее «закрытый» управляющий трафик передается на управляемый узел через внешнюю сеть.

4. При установлении соединения между сетевыми маршрутизаторами управляющего и управляемого изделий организуется криптографически защищенный канал управления. Весь телекоммуникационный обмен между управляющими и управляемыми изделиями при реализации рассмотренного алгоритма выполняется по криптографически защищенным каналам - шифрование выполняется на ключах канала управления.

5. Управляемый сетевой маршрутизатор принимает закрытую информацию, которая проходит через систему фильтрации, и передает ее на криптоблок.

6. Приемный КБ получив закрытую информацию, осуществляет необходимые криптографические преобразования и передает открытую управляющую информацию сетевому маршрутизатору.

7. На сетевом маршрутизаторе информация, пройдя систему фильтрации трафика, через внешние интерфейсы поступает на сервер технологического управления.

Рис. 6. Схема защиты технологического трафика

Заключение. Разработка и внедрение методики повышения устойчивости функционирования ИКС позволят достичь значимого технологического эффекта, а именно:

1) повысить качество проектирования и ИКС военного назначения, а также уровень подготовки специалистов по разработке, эксплуатации и управлению инфокоммуникационных средств автоматизированных систем управления сетями связи;

2) обеспечить общность и высокую скорость выработки управляющих воздействий для повышения устойчивости функционирования ИКС;

3) повысить качество мониторинга ИКС, в том числе для аппаратных средств систем информационной безопасности и связи, при разработке новых подходов к вычислению влияния внешних ДФ.

Представленные способы защиты управляющей информации могут найти практическое применение в ИКС ВН. Применение методики позволит защитить технологический (служебный) трафик от воздействий противника и тем самым повысить устойчивость функционирования сети в целом.

Список литературы

1. Ковайкин Ю.В., Лебедев П.В., Чуйков В.Б. Методика оценки устойчивости функционирования инфокоммуникационной сети // Телекоммуникационные технологии. 2019. Вып. 24. С. 42-49.

2. Лебедев П.В. Модель системы технологического управления ин-фокоммуникационной сетью с защитой технологического трафика // Сборник научных статей XVI Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы». Пенза, 2019. С.227-230.

3. Ермишян А.Г. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях и соединениях. СПб.: ВАС, 2005. 740 с.

4. Назаров А.Н., Сычев К.И. Модели и методы расчета показателей качества функционирования узлового оборудования и структурно-сетевых параметров сетей связи следующего поколения. Красноярск: Поликом, 2010. 389 с.

5. Ковайкин Ю.В., Лебедев П.В., Прокофьев О. Д. Метод повышения устойчивости системы управления сети передачи данных на основе защиты технологического трафика // Сборник научных статей VIII Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы инфоте-лекоммуникаций в науке и образовании». Санкт-Петербург, 2019. С. 523528.

Лебедев Павел Владимирович, адъюнкт, spirit-angel@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи

METODOLOGY FORIMPROVING THE SUSTAINABILITY OF THE INFORMATION AND COMMUNICATIONNETWORKFUNCTIONING BASED ON THE OPERATION OF OPTIMAL CONTROLLING INFLUENCES

P.V. Lebedev 16

The article is devoted to the development of a methodology for increasing the stability of the functioning of the military communications network. The methodology includes calculation and redistribution of throughput by type of traffic and load factor of serving devices, taking into account the provision of a given QoS nod by the influence of destabilizing factors.

Key words: methodology, information and communication network, stability, control action, throughput, loadfactor.

Lebedev Pavel Vladimirovich, postgraduate, spirit-angelayandex. ru, Russia, Saint-Peterburg, Military Academy of Communication

УДК 623.418

СИНТЕЗ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ НАВЕДЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ С СЕКТОРНЫМ МОМЕНТНЫМ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДВИГАТЕЛЕМ ВСТРАИВАЕМОГО

ИСПОЛНЕНИЯ

О.В. Горячев, И.А. Шигин, М.А. Кузьмин

Проанализирован опыт эксплуатации специализированных комплексов, выявилась потребность в повышении ряда конструктивных и эксплуатационных характеристик приводов наведения и стабилизации технических объектов. Данная потребность обусловлена нестабильностью динамических и точностных характеристик наведения, недостаточной точностью позиционирования, а также необходимостью регулярного обслуживания силовых систем с электрогидравлическим исполнительным приводом, что в совокупности снижает эффективность применения комплексов в реальных условиях эксплуатации. Вследствие этого актуальной задачей является дальнейшее повышение эксплуатационных характеристик комплексов за счет применения силовых приводов, обеспечивающих повышенные точностные и динамические характеристики.

Ключевые слова: безредукторный электропривод, встраиваемый моментный двигатель секторного исполнения, квазиоптимальное управление, широтно-импульсная модуляция, автономный инвертор напряжения.

Обеспечение высоких показателей эффективности существенным образом зависит от характеристик силовых приводов систем. Построение приводов наведения по кинематической схеме, не содержащей редуктор, является новым подходом в проектировании систем наведения и стабилизации вооружения. Основное преимущество безредукторных приводов -это возможность повышения точности за счет отсутствия люфтов, существенного уменьшения мертвого хода, снижения моментов сухого трения и других нежелательных факторов, вносимых редуктором. Отсутствие редуктора обеспечивает плавность хода, высокие точностные и динамические показатели, увеличение надежности и срока эксплуатации электропривода.