Подход к оценке устойчивости пространственно-распределенных разнородных сетей радиосвязи Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

TECHNICAL SCIENCE /

TECHNICAL SCIENCE

УДК 621.391

Якушенко Сергей Алексеевич профессор, кандидат технических наук, доцент Забело Александр Николаевич доцент, кандидат военных наук Антонов Владимир Владимирович старший преподаватель Веркин Сергей Сергеевич преподаватель, кандидат технических наук Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного

(г. Санкт-Петербург) DOI: 10.24411/2520-6990-2019-10676 ПОДХОД К ОЦЕНКЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО-РАСПРЕДЕЛЕННЫХ РАЗНОРОДНЫХ СЕТЕЙ РАДИОСВЯЗИ

Yakushenko Sergey Alekseevich

Professor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Zabelo Alexander Nikolaevich

Associate Professor, Candidate of Military Sciences Antonov Vladimir Vladimirovich Senior Lecturer

Verkin Sergey Sergeevich

Lecturer, Candidate of Technical Sciences Military Academy of Communications. Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny

(Saint Petersburg)

APPROACH TO THE ESTIMATION OF THE STABILITY OF SPATIAL-DISTRIBUTED HETEROGENEOUS RADIO COMMUNICATIONS NETWORKS

Аннотация

Показана сложность архитектуры и разнородность средств сети многоканальной радиосвязи. Обоснована важность показателя устойчивости сети в условиях воздействия деструктивных факторов и рассмотрены существующие методы ее оценки. Представлена обобщенная аналитическая модель для расчета устойчивости сети, учитывающая ее морфологические параметры и негативное деструктивное воздействие.

Abstract

The complexity of the architecture and heterogeneity of the multichannel radio network are shown. The importance of the network stability index under the influence of destructive factors is substantiated and the existing methods of its assessment are considered. A generalized analytical model for calculating the stability of the network, taking into account its morphological parameters and negative destructive effects, is presented.

Ключевые слова: сеть многоканальной радиосвязи, устойчивость, морфологические параметры сети, деструктивные факторы, структура сети. Key words:

multichannel radio communication network, stability, morphological parameters of the network, destructive factors, network structure.

Введение

Современная сеть связи - это сложная иерархическая структура, состоящая из узлов коммутации и разнородных линий связи, соединяющих их. Ее особенностью является высокая динамичность и широкая разветвленность, не только в горизонтальной, но и вертикальной плоскости с использованием ретрансляторов связи на летно-подъемных средствах. В этом случае ведущая роль в создание такой сети принадлежит линиям многоканальной радиосвязи (МКРС), построенным средствами радиорелейной, тропосферной и спутниковой связи, размещенными в космическом, воздушном, назем-

ном и морском эшелонах. Сеть МКРС за счет максимальной разветвленности и маневренности каналов имеет высокую устойчивость к внутренним воздействиям, а средства высокую мобильность, многонаправленность, большую частотную емкость и пропускную способность, высокое качество каналов, сравнительно небольшую стоимость и т.п. [1, с.145; 2, с.18].

Открытость среды распространения радиоволн в линиях МКРС способствует негативному воздействию внешних деструктивных факторов, которое ухудшает устойчивость сети МКРС. Деструктивные факторы (ДСФ) - процесс воздействия источника физической или технологической природы,

<<шушетим~^©и©ма1>#ж1)),2(0]9 / technical science

внешнего характера по отношению к сети, приводящий к выходу из строя элементов сети. Внешние факторы включают в себя: воздействие преднамеренных и непреднамеренных помех; физико-географические условия в местах развертывания сети; природные и техногенные катастрофы. В настоящее время значительно возрастает угроза преднамеренного внешнего воздействия на сети связи с целью затруднения или срыва передачи управляющей информации, а, следовательно, на первый план выдвигается характеристика устойчивости сети, оценка которой представляет собой весьма актуальную задачу.

Под устойчивостью сети будем понимать ее способность выполнять свои функции при выходе из строя части элементов в результате воздействия ДСФ [3, с.4; 4, с.102]. При этом выполнение функций обеспечивается реализацией управляющих решений.

В настоящее время существует множество моделей оценки устойчивости сложных сетей связи, реализующих следующие основные методы.

Метод основанный на интегральных свойствах устойчивости, в котором устойчивость представляется собой живучесть, надежность и помехоустойчивость. Поэтому устойчивость определяется как мультипликативная свертка вероятностей её составляющих.

Методы, основанные на использовании математического аппарата теории графов и нахождения связности между элементами сети. При этом устойчивость оценивается вероятностями сохранения работоспособности (связности) на определенном направлении связи (НС) при соблюдении требований по пропускной способности (сохранения требуемого числа линий связи).

Метод оценки устойчивости с помощью Марковского процесса. При этом под устойчивостью сети будем понимать способность сети передавать информацию с заданной своевременностью. Сущность метода состоит в том, что сеть связи определяется как совокупность состояний, различающихся между собой степенью воздействия ДСФ.

Однако, общим их недостатком является отсутствие аналитической взаимосвязи морфологических показателей сети (связности сети, весов интервалов, линий и направлений связи) и показателей воздействия ДСФ в одной математической модели.

Поэтому возникает актуальная задача по разработке модели оценки устойчивости мобильной сети МКРС в условиях воздействия внешних ДСФ, учитывающей морфологические параметры сети: состав элементов, их взаимосвязь и показатели устойчивости, структурные параметры, которые включают связность и вес элементов сети.

Задача оценки пространственно-распределенных сетей

Структура сети МКРС хорошо описывается морфологическими характеристиками с точки зрения ее состава, взаимного соединения и расположения ее элементов. Они с заданной степенью детализации определяют конфигурацию сети связи. Поэтому оценка устойчивости должна

рассматриваться на всех уровнях структуры сети.

Компонентами пространственно-распределенных разнородных сетей являются: наземный эшелон, который содержит взаимоувязанную совокупностью стационарных и подвижных узлов и линий различных родов МКРС; воздушный эшелон, построенный на основе средств воздушно-наземной связи и ретрансляторов связи на летно-подъемных средствах различного назначения; морской эшелон сети МКРС, состоящий из стационарно-мобильных узлов связи, автоматизированных комплексов связи, летательных аппаратов, соединенных линиями различных родов связи; космический эшелон, созданный на основе средств земных станций спутниковой связи и ретрансляторов связи на космических аппаратах. Такая сеть представляет собой сложную иерархическую структуру, которую можно декомпозировать на следующие структурные уровни: сеть, направление; линия; интервал; средство связи.

Поэтому для оценки устойчивости сети МКРС в целом необходимо определить устойчивость на всех уровнях сети. Формирование модели сети будем осуществлять по принципу: учет параметров связности сети, веса элементов сети и воздействия ДСФ через вероятность доступности к элементам сети. Тогда задача определения устойчивости сети будет сводиться к вероятностной модели, которая позволяет оценивать устойчивость сети МКРС как усреднённую устойчивость с учетом морфологических параметров ее элементов. При этом устойчивость сети в условиях воздействия ДСФ зависит от изменения путей графа (сети) и/или добавления ребер (линии связи) с учетом вероятности доступности.

Модель оценки сети многоканальной радиосвязи под воздействием деструктивных факторов

Каждое средство связи взаимодействует с другим средством и формирует интервалы, тогда устойчивость интервала:

Ру = П P®

Уин П Уср

(1)

где Ру - вероятность устойчивости интер-

вала;

Р - вероятность устойчивости к-ого сред-уср

ства.

С учетом доступности ДСФ к средствам сети МКРС выражение (1) примет вид:

где

руин=п I1 -в к) h в k

WhW

Уср '

(2)

вероятности доступности к к-ому

элементу сети.

TECHNICAL SCIENCE / «Ш^ШМУМ-ШУГМак»,®»!))^

С учетом наличия связности средства с другими средствами сети МКРС вероятность устойчивости интервала выражается в следующем виде:

P

2

= П

ы

R

1-П

V r=1V

1-5< ^ il - в ^) pP

) Уср

Л

где

S

(kr)

(3)

наличие связности Л-ого средства

с другими средствами в сети;

Я - ресурс средства сети.

В этом случае формирование математической модели оценки устойчивости сети МКРС может быть следующей. Так как линии МКРС состоят из нескольких интервалов, то вероятность устойчивости линии Р выражается формулой: у л

I

рУл =П P

(Л

У1

(4)

где

P -

г=1

вероятность устойчивости линии;

РУсеть = 2 апр

n=1

П = 2

унс = 2

I = 1,1 - интервалы линии связи.

Направления связи (НС) состоит из совокупности независимых линий связи, поэтому вероятность

устойчивости НС Ру определяется формулой:

P

унс

J

= 1-П

1 - P

(А

j=1V

Ул

(5)

где Ру - вероятность устойчивости НС;

] = 1, J - линии передачи в НС сети МКРС.

С точки зрения влияния устойчивости сети на совокупность передаваемой информации между узлами коммутации сети, необходимо учитывать важность (вес) информационного НС в передаче информации в сети. В тоже время с учетом важности информационных НС устойчивость сети может быть определена как сумма устойчивостей НС

Ру , нормированных через их важность:

а

n

J

П

j=1

1 -П P

i=1

Уин

ин

л

с учетом формулы (3) получим:

P

усеть

N

= 2 а

n=1

n

J

П

j=1

I 2

ПП

i=1 k =1

R

1-П

r=1V

ß

(kij,

n

P

kijn

Уср

J

(6)

где аn - важность n-ого НС сети МКРС;

П = 1, N - количество НС в сети.

Таким образом, модель (6) оценки устойчивости мобильной сети МКРС в условиях воздействия ДСФ отражает взаимосвязь показателя воздействия и структурных параметров сети, включающих количество НС, линий связи и интервалов связи, их связность и вес в сети.

Математическая модель представляет собой средство мониторинга устойчивости сети МКРС под воздействием ДСФ и может использоваться в системах поддержки принятия решений в целях управления сетью и повышения ее устойчивости.

Список литературы

1. Якушенко С. А., Сазонов М. А., Бибарсов М. Р. Радиорелейные и спутниковые системы передачи специального назначения. Часть 1: Учебник. В 2-х частях / Под ред. С.А. Якушенко. СПБ. ВАС, 2016. с.486.

2. Якушенко С. А., Сазонов М. А. Методология создания перспективных средств многоканальной радиосвязи на новых технических принципах. Журнал «Успехи современной радиоэлектроники» 2016. №11. с.18-24.

3. ГОСТ Р 53111-2008. Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования и методы проверки. - М.: Стандартинформ, 2009. с.16.

4. Снежко В. К. Методика оценки устойчивости сетей многоканальной радиосвязи. ВАС, 1987. с.127.