CC BY
83
О.В. Пьянков,
кандидат технических наук, доцент
Н.В. Филатов,
Департамент информационных технологий, связи и защиты информации МВД России
Н.Н. Оськин,
кандидат технических наук, Департамент информационных технологий, связи и защиты информации МВД России
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ СИТУАЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ ОРГАНОВ ВНУТРЕННИХ ДЕЛ КАК СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
MODELLING OF INFOCOMMUNICATION SYSTEMS OF POLICE SITUATION CENTERS AS QUEUING SYSTEMS
Рассматривается возможность применения аппарата теории массового обслуживания к моделированию работы инфокоммуникационных систем. Ставится задача оптимизации построения таких систем в ситуационных центрах органов внутренних дел. Приводятся результаты вычислений сетевых характеристик в среде GPSS World.
The possibility of using queuing theory to the simulation of communication systems is considered. The aim is to optimize the construction of such systems in the situation centers of the Law-Enforcement Bodies. The results of calculations of network characteristics in the environment of GPSS World are given.
Введение.
В настоящее время органы внутренних дел, выполняя свои задачи, постоянно осуществляют масштабный обмен информацией с гражданами, органами исполнительной власти, организациями и другими как физическими, так и юридическими лицами. Поскольку оперативное реагирование является основой снижения напряженности общественных волнений, особенно при накале страстей, вызванных каким-либо инцидентом (примером являются массовые беспорядки в Западном Бирюлево, районе на юге г. Москвы 13—14 октября текущего года), то использование ситуационных центров в деятельности ОВД является актуальным и необходимым фактором. Современные ситуационные центры представляют собой сложные высокотехнологичные комплексы, включающие в себя развитые системы информационно-аналитической поддержки, средства мультимедийного видеоотображения информации и средства коллективной работы в режиме реального времени.
В то же время создание ситуационного центра, оснащение его телекоммуникациями и информационными системами, достаточными для оперативного решения проблем, представляет собой сложную задачу. Сложность решения заключается в необходимости оснащения центров такими инфокоммуникационными системами (ИКС), которые бы, с одной стороны, обладали характеристиками, достаточными для удовлетворения потребностей по приему и обработке поступающих сообщений, с другой — эффективно использовали имеющиеся возможности для решения оперативных задач. Одним из способов решения этой задачи является моделирование функционирования ин-фокоммуникаций с точки зрения теории массового обслуживания в целях определения состава технических средств и обслуживающего персонала ситуационного центра. Ар-
гументом в пользу выбора данной теории является типичная работа средств связи и архитектура информационных систем, включающая оперативный прием и передачу данных [1, 2]. Более того, предметом именно теории массового обслуживания является установление зависимости между характером потока принимаемых и передаваемых сообщений, производительностью отдельных каналов, числом каналов и успешностью (эффективностью) обслуживания [3].
Постановка задачи.
Анализ работы ситуационных центров в период возникновения чрезвычайных обстоятельств позволяет сделать вывод о наличии нескольких временных интервалов, в которых происходит обмен информацией с различной интенсивностью.
Первый интервал характеризуется взрывным всплеском поступающих сообщений по телефонной сети общего пользования, ведомственной телефонной сети и радиосети. Особенностью является дублирование одних и тех же сведений, поступающих от различных очевидцев, свидетелей или участников происходящих событий. В этот же период происходит активная передача управляющих команд силам и средствам органов внутренних дел, а также взаимодействие с подразделениями различных министерств (МЧС, Минздрав, Минэнерго, Минтранс, Минобороны и др.) и служб (ФМС, ФСБ, ФСКН и др.).
На втором интервале ситуация стабилизируется, появляются первоначальные данные о происходящем, инфокоммуникационные системы преимущественно используются для управления развернутыми силами ОВД и корректировки имеющейся информации в том числе и при взаимодействии с другими подразделениями. На данном этапе интенсивность использования ИКС ситуационного центра достаточно высока, но не является критичной.
На последнем третьем этапе происходит спад в деятельности ситуационного центра, возникшие обстоятельства либо полностью устранены, либо выполнены все мероприятия для их нейтрализации. В целом можно характеризовать как завершение работы ситуационного центра. Интенсивность использования ИКС ниже, чем на втором этапе, но отдельные взаимодействия носят продолжительный характер. В большей степени задействованы системы передачи информации для обмена итогами работы всех привлеченных сил, анализа их деятельности и разработки плана мероприятий по предупреждению и пресечению повторного появления чрезвычайных обстоятельств, повышению эффективности функционирования отдельных служб, министерств, ведомств.
С точки зрения принятия правильных и оперативных решений наибольшую важность имеет первый выделенный интервал, а поэтому определение операционных характеристик (количество необслуженных вызовов, вероятность отказа, относительная и абсолютная пропускная способность, среднее время пребывания в системе и др.) инфокоммуникационных систем следует начинать с него. Поскольку современные технические средства связи могут обладать возможностью постановки в очередь поступающих сообщений (заявок — в терминологии теории массового обслуживания), причем очередь ограничивается только возможностями используемых инфокоммуникационных систем, то ИКС можно считать смешанной системой массового обслуживания [3].
На рисунке представлена схема работы операторов связи ситуационного центра, принимающих заявки через три различные системы: телефонную сеть общего пользования (ТфОП), ведомственную телефонную сеть (ВС), систему радиосвязи (РС). Каждый оператор в зависимости от занятости может обслужить заявку независимо от того, через какую систему она поступила. Поскольку все системы имеют разный масштаб и обслуживают разный контингент пользователей, то интенсивность поступления заявок будет различной — 1i,l2,1 . Примем, что все операторы обладают одинаковыми способностями по обслуживанию поступающих заявок, но заявки из разных систем требу-
ют разного среднего времени обслуживания — t1, t2, t3. В случае, когда все операторы заняты, заявки могут становиться в очередь, число мест для ТфОП и ВС — по одному месту (т.к. многие современные телефонные аппараты позволяют удерживать на линии звонок), в системе радиосвязи такую возможность рассматривать не будем, как редко встречающуюся на практике.
Рис. 1. Схема инфокоммуникаций на первом этапе:
ТфОП — телефонная сеть общего пользования, ВС — ведомственная сеть, ЛПР — лицо, принимающее решение
Работа оператора будет заключаться в приеме входящих сообщений: если оператор свободен, то он принимает заявку, если занят — то заявку принимает второй оператор и т.д. Соответственно состояния операторов будут соответствовать состояниям рассматриваемой схемы инфокоммуникаций на первом этапе.
В этом случае можно сформулировать две постановки задачи:
1. Сколько необходимо операторов, исходя из значений 1 и ti для обслуживания заданного процента заявок от всего числа поступивших в центр.
2. Какими операционными характеристиками будут обладать инфокоммуника-ционные системы при заданных значениях 1, tt и числе операторов.
Решение обеих задач можно осуществить, составив дифференциальные уравнения Эрланга для смешанной системы массового обслуживания, интегрирование которых позволяет определить вероятность нахождения системы в любой момент времени в определенном состоянии. После чего по рассчитанным вероятностям можно будет определить значения операционных характеристик. Другим возможным способом решения задачи является использование системы имитационного моделирования GPPS World [4]. Достоинством второго способа является достаточно простая адаптация моделей исследуемой системы при внесении изменений в её состав и структуру, в то время как число дифференциальных уравнений Эрланга зависит от числа состояний системы и резко увеличивается при рассмотрении, например, не одного оператора, а нескольких, что, конечно же, сказывается на временных и вычислительных затратах.
Решение.
Рассмотрение первого интервала работы ситуационного центра позволяет предложить следующие параметры поступления и обслуживания поступающих заявок:
- поток поступления равномерный заявок по каждой из рассматриваемых систем
связи;
- интервал между прибытиями заявок через ТфОП составляет 60 с с разбросом ±5 с; через ВС — 90 ±10 с, через РС — З0 ±5 с;
- время обслуживания заявок подчиняется равномерному распределению вероятностей;
- время обслуживания (ведения разговора) заявки, пришедшей через ТфОП, составляет 120 с с разбросом ±20 с, через ВС — 90 ±10 с, через РС — 15 ±5 с;
- каждая заявка ожидает в очереди не более 20 с, если за это время она не будет обслужена, то она покидает очередь;
- время моделирования ограничим 1 часом.
Ниже приведена имитационная модель, разработанная в системе GPSS World, с необходимыми пояснениями, соответствующая описанным выше алгоритмам обработки поступающих заявок и параметрам.
* Моделирование инфокоммуникационной системы ситуационного центра ОВД **Блок генерации заявок
generate 6 0,5 ; генерация заявок, поступающих через ТфОП
assign 1,1 ; присваиваем 1-му параметру заявки метку "1"
assign 2,2 0 ; присваиваем 2-му параметру значение "2 0"
і поступление заявки к операторам
transfer ,nachalo
generate 90,10 assign 1,2 assign 2,20 transfer ,nachalo
генерация заявок, поступающих через ВС присваиваем 1-му параметру заявки метку "2' присваиваем 2-му параметру значение "2 0" поступление заявки к операторам
generate 30,5 assign 1,3 transfer ,nachalo
/генерация заявок, поступающих через РС ; присваиваем 1-му параметру заявки метку "3' ; поступление заявки к операторам
* установка длин очередей обслуживающих устройств TFOP storage 1 ; длина очереди ТфОП
VC storage 1
длина очереди ВС
**Блок обработки заявок
*проверяем заявки на типы, далее на занятость оператора, *потом на свободное место в очереди
nachalo test e p1,1,second
transfer all,a,b,4
a seize op1
advance 12 0,2 0 release op1 transfer ,ob b gate snf TFOP,neob
enter TFOP nov transfer all,c,d,5
seize op1 leave TFOP advance 12 0,2 0 release op1
проверка типа заявки (если пришла через ТфОП, то переходим к следующему оператору, иначе - переход к метке second) переход заявки к оператору op1, если он занят - то в очередь заявка обслуживается op1 время обслуживания заявки освобождение op1 переход к метке ob
проверка очереди TFOP, если мест нет, то ; переход к метке neob заявка становится в очередь ТфОП переход заявки к оператору op1, если он занят, то обращаемся к оператору в течение 2 0 секунд через цикл
заявка обслуживается оператором op1 заявка покидает очередь ТфОП время обслуживания заявки освобождение op1
c
transfer ,ob_loop advance 1 loop 2,nov
leave TFOP transfer ,neob_loop
переход заявки к метке оЬ_1оор ожидание в очереди
уменьшение второго параметра заявки на 1, ; переход к метке nOV заявка покидает очередь ТфОП переход к метке пеоЬ_1оор
d
second test e p1,2,third
transfer all,a2,b2,4
a2 seize op1
advance 90,10 release op1 transfer ,ob b2 gate snf VC,neob
enter VC nov2 transfer all,c2,d2,5
c2 seize op1
leave VC advance 90,10 release op1 transfer ,ob_loop d2 advance 1
loop 2,nov2
leave VC
transfer ,neob_loop
проверка типа заявки (если пришла через ВС, то переходим к следующему оператору, иначе - переход к метке third) переход заявки к оператору op1, если он занят - то в очередь заявка обслуживается op1 время обслуживания заявки освобождение op1 переход к метке ob
проверка очереди VC, если мест нет, то і переход к метке neob заявка становится в очередь ВС переход заявки к оператору op1, если он занят, то обращаемся к оператору в течение 2 0 секунд через цикл
заявка обслуживается оператором op1 заявка покидает очередь ВС время обслуживания заявки освобождение оператора op1 переход заявки к метке ob_loop ожидание в очереди
уменьшение второго параметра заявки на 1, і переход к метке nov2 заявка покидает очередь ВС переход к метке neob_loop
*обслуживание заявок третьего
third transfer all,a3,neob,4
a3 seize op1
advance 15,5 release op1 transfer ,ob neob terminate
neob_loop terminate
ob terminate ob_loop terminate
типа
переход заявки к оператору ор1, если он занят - то переход к метке пеоЬ заявка обслуживается оператором ор1 время обслуживания заявки освобождение ор1 переход к метке оЬ
удаление необработанной заявки, оператор занят, мест в очереди нет
удаление заявки находившейся более 20 сек в очереди
удаление обработанной заявки удаление заявки, находившейся в очереди, но дождавшейся обработки
**Блок задания времени моделирования
generate 3600 ; время моделирования 3600 сек
terminate 1 і уменьшение счётчика
start 1 ; начало моделирования
Результаты моделирования с вычисленными значениями операционных характе-
ристик указаны в таблице, где коэффициент обслуживания заявок показывает отношение числа обслуженных заявок к общему числу сгенерированных заявок, коэффициент загрузки оператора указывает долю модельного времени, в течение которого оператор был занят.
Добавление в СЦ одного оператора потребует лишь внесения небольших дополнений в блок обработки заявок, ниже указана лишь часть данного блока, касающаяся обработки заявок, пришедших через ТфОП:
nachalo test e p1,1,second transfer all,a,b,4
a seize op1
advance 12 0,2 0 release op1 transfer ,ob seize op2
advance 12 0,2 0 release op2 transfer ,ob
проверка типа заявки (если пришла через ТфОП, то переходим к следующему оператору, иначе - переход к метке second) переход заявки к оператору op1, если он занят - то к оператору op2, если он также занят, то в очередь заявка обслуживается op1 время обслуживания заявки освобождение op1 переход к метке ob
если оператор op1 занят, то заявка переходит
ко второму оператору op2
время обслуживания заявки
освобождение op2
переход к метке ob
nov
дит
gate snf TFOP,neob
enter TFOP transfer all,c,d,5
seize op1 leave TFOP advance 12 0,2 0 release op1 transfer ,ob_loop seize op2
leave TFOP advance 12 0,2 0 release op2 transfer ,ob_loop
проверка очереди ТЕОР, если мест нет, то ; переход к метке ПеоЬ заявка становится в очередь ТфОП переход заявки к оператору ор1, если он занят, то обращаемся к оператору ор2 , если он так же занят то повторяем обращения в течение 20 секунд
заявка обслуживается оператором ор1 заявка покидает очередь ТфОП время обслуживания заявки освобождение ор1 переход заявки к метке оЬ_1оор ; если оператор ор1 занят, то заявка перехо-
ко второму оператору ор2
заявка покидает очередь ТфОП
время обработки заявки вторым оператором
освобождение ор2
переход к метке оЬ_1оор
advance 1 loop 2,nov
leave TFOP transfer ,neob_loop
ожидание в очереди
уменьшение второго параметра заявки на 1, ; переход к метке nOV заявка покидает очередь ТфОП переход к метке пеоЬ_1оор
b
c
d
Аналогичным образом дополняются остальные разделы блока обработки заявок, более того, внесение указанного типа дополнений позволяет промоделировать работу для большего числа операторов. Результаты моделирования работы ИКС ситуационного центра с двумя и тремя операторами указаны в таблице.
Результаты моделирования работы ИКС СЦ
Коэффициент об- Коэф- Среднее Количество Коэффициент
служивания заявок фициент время об- заявок, по- загрузки очереди
загрузки работки ставленных в
Опера- торы опера- тора одной заявки, с очередь
ТфОП ВС ТфОП ВС
ТфОП ВС РС
Заявки обслуживаются одним оператором
op1 0,44 0,1 0,03 0,968 102,53 52 38 0,227 0,199
Заявки обслуживаются двумя операторами
op1 op2 0,64 0,59 0,13 0,948 0,938 85,29 91,26 43 33 0,169 0,129
Заявки обслуживаются тремя операторами
op1 op2 op3 0,93 0,92 0,21 0,940 0,933 0,925 80,595 90,733 87,597 42 28 0,107 0,068
Анализ полученных результатов показывает вполне очевидный факт: чем больше операторов задействовать для обработки заявок, тем больше заявок будет обслужено, следовательно, тем большей информацией будет обладать ЛПР для принятия верного и своевременного решения. Однако имеется и не вполне очевидный факт: заявки, поступающие через РС, обладают наименьшим временем обслуживания, но имеют самый низкий коэффициент обслуживания! Объяснение этому можно дать лишь тем, что заявки, требующие длительного обслуживания, занимают операторов и не позволяют обрабатывать другие заявки. Следует отметить, что заявки от ВС и РС, с точки зрения достоверности передаваемой информации, имеют большую важность, по сравнению с заявками ТфОП, поскольку передаваемая сотрудниками ОВД информация заслуживает большего доверия. Следовательно, необходима разработка другого подхода к обслуживанию заявок, например путем назначения приоритета обслуживания [1].
Заключение.
Ситуационные центры органов внутренних дел используют различные инфо-коммуникационные системы, позволяющие не только отслеживать состояние оперативной обстановки, но и принимать решения по управлению приданными силами и средствами. Рассмотренный в статье подход к использованию имитационных моделей для определения операционных характеристик ИКС СЦ как систем массового обслуживания позволяет принимать обоснованные решения по определению состава телекоммуникационного оборудования и способа организации обработки поступающей информации. Вариативность способов организации связи и электронного взаимодействия может быть использована для выбора наиболее оптимальных решений. Использование системы GPSS World и имитационное моделирование различных способов позволят объективно решить задачу выбора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пьянков О.В. Определение вероятностных характеристик технических средств связи центров ситуационного управления // Спецтехника и связь. — 2011. — №2. — С. 35—37.
2. Филатов Н.В., Конюхов А.В. Разработка архитектуры информационной системы в рамках аппаратно-программного комплекса «Безопасный город» // Вестник Воронежского института МВД России. — 2011. — №°4. — С. 88—93.
3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969. — 576 с.
4. Кудрявцев Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. — М.: ДМК Пресс, 2004. — 320 с.
REFERENCES
1. Pyankov O.V. Opredelenie veroyatnostnyih harakteristik tehnicheskih sredstv svyazi tsentrov situatsionnogo upravleniya // Spetstehnika i svyaz. — 2011. —N° 2. — S. 35—37.
2. Filatov N.V., Konyuhov A.V. Razrabotka arhitekturyi informatsionnoy sistemyi v ramkah apparatno-programmnogo kompleksa «Bezopasnyiy gorod» // Vestnik Voronezhskogo instituta MVD Rossii. — 2011. — № 4. — S. 88—93.
3. Venttsel E.S. Teoriya veroyatnostey. — M.: Nauka, 1969. — 576 s.
4. Kudryavtsev E.M. GPSS World. Osnovyi imitatsionnogo modelirovaniya razlich-nyih sistem. — M.: DMK Press, 2004. — 320 s.
