CC BY
1
УДК 51.73
ПРИМЕНЕНИЕ ГРАФОВЫХ АЛГОРИТМОВ ПРИ ПОСТРОЕНИИ КОЛЕЦ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
И. А. Жаркой, А. В. Черноусов, А. Н. Балаев
Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика
М.Ф. Решетнёва»
Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
Е-mail: zharkoyia@iss-reshetnev.ru
В данной статье рассмотрено применение теории графов для решения задач, связанных с проектированием оптимальных колец резервирования усилителей мощности полезной нагрузки космического аппарата.
Ключевые слова: полезная нагрузка, кольцо резервирования, граф.
USAGE OF GRAPH ALGORITHMS FOR DESIGN OF SATELLITE PAYLOAD MODULE POWER AMPLIFIERS REDUNDANCY RINGS
I. A. Zharkoy, A. V. Chernousov, A. N. Balaev
Academician M.F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia Е-mail: zharkoyia@iss-reshetnev.ru
In this paper, it is considered the application of the graphs theory for solving of issues associated with a redundancy rings optimal design for high-power amplifiers of a satellite payload.
Keywords: payload, redundancy ring, graph.
Для обеспечения функционирования космического аппарата на протяжении всего срока активного существования необходимо обеспечить высокую надежность его подсистем. Одной из важнейших секций в полезной нагрузке космического аппарата является секция высокомощных усилителей. С целью резервирования усилителей мощности проектируются кольца резервирования. Задача проектирования заключается в построении минимально допустимой сети с числом переключателей, близким к оптимальному значению, удовлетворяющее требованиям по резервированию оборудования [1].
Построение колец резервирования усилителей мощности полезной нагрузки космического аппарата - комплексная проблема, которую можно условно разбить на следующие задачи:
1. Определение критериев оптимальности при построении колец резервирования;
2. Нахождение минимального количества переключателей, необходимых для построения оптимального кольца резервирования;
3. Построение топологии сети;
4. Проверка возможных номинальных и резервных путей для каждого канала.
В настоящий момент при проектировании полезной нагрузки и построении колец резервирования, в основном, применяется метод подбора и подстановки. Данный метод, прежде всего, основан на опыте проектировщика. При этом, основным недостатком этого метода является отсутствие определенного алгоритма построения, и, как следствие отсутствие, критериев оптимальности спроектированной топологии.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2021. Том 2
Для решения поставленных задач, в данной работе рассмотрен метод, основанный на использовании математических моделей и теории графов для проектирования колец резервирования усилителей мощности (УМ).
Предлагаемое в данной работе решение подразумевает представление топологии кольца резервирования в виде графа, а именно транспортной сети. Данный выбор обусловлен тем, что волноводный (коаксиальный) тракт можно представить в виде ребра с пропускной способностью равной 1 (через каждый тракт может проходить лишь один сигнал предварительно прошедший через фильтрующее устройство) [2]. В данном методе можно выделить три класса (множества) вершин: множество I - входы, множество О - выходы, которые имеют заданную мощность и третье множество Б - множество переключателей, количество которых должно иметь оптимальное количество. Кроме того, практический интерес представляет только путь из вершины относящейся к классу входа к вершине, относящейся к классу выхода.
Транспортная сеть О является графом (V, Е), где Е является множеством ребер, а V разбивается на три подмножества (I, О, Б). Такая транспортная сеть должна соответствовать следующим ограничениям:
1) Имеется п входов и п+к выходов, где к - количество резервного оборудования;
2) Каждый вход связан ровно с одним переключателем;
3) Переключатели имеют степень не выше 4.
Решение проблемы нахождения и проверки всех возможных маршрутов от одного входного устройства к выходному устройству для фиксированной топологии сети О ({I, О, Б}, Е) заключается в проверке всех комбинаций положений переключателя (рис. 1).
Позиция 1 Позиция 2 Позиция 3
Рис. 1 - Возможные позиции переключателя
Как было сказано ранее, теория графов может использоваться для определения математической модели сети, в том числе с фиксированными положениями переключателей, на рис. 2 представлено кольцо резервирование усилителей мощности в виде графа, где П - 15 - вершины, относящиеся к множеству I, о1 - о7 - вершины, относящиеся к множеству О.
О сн съ съ
¡5
о-
Рис. 2 - Кольцо резервирования усилителей мощности
Данная топология спутниковой сети может быть представлена с помощью матрицы связей (1), где каждая строка такой матрицы является индексом портов определенного
-о
02
-о
-о
-о
о5
-о
. 07
переключателя (первая строка - переключатель и так далее). Например, если переключатель связан с вершиной, относящейся к множеству I, то индексом порта будет являться обозначение этой вершины. Каждый из рассматриваемых переключателей имеет четыре порта, следовательно, число символов в каждой строке будет равно четырем [3].
При использовании матрицы связей необходимо также учитывать какое положение каждого из переключателей соответствует данным связям в матрице, поэтому для описания топологии сети необходимо дополнительно ввести вектор состояний переключателей (2).
Предлагаемый подход представления топологии резервирования учитывает определенные допущения, такие как тип вершин и их степень, пропускная способность каждого тракта, которые необходимо учитывать при решении задачи проектирования колец резервирования. Топология в виде графа позволяет с помощью алгоритмов, найти наименьший путь прохождения сигнала в номинальной конфигурации и при задействовании резервного оборудования, а матрица связей и вектор состояний переключателя помогает математически описать данные пути. Использование предложенного метода дает возможность автоматизации процесса проектирования колец резервирования.
1. Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры / науч. ред. В.Н. Бранец. - Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2014. - 208 с.
2. Р. Уилсон. Введение в теорию графов. Москва: Издательство «МИР». 1977 г.
3. J.-C. Bermond, E. Darrot, O. Delmas, Design of fault-tolerant networks for satellites (TWTA redundancy), Networks 40, 2002. - 202-207.
11 s2 s3 o1
12 si s4 o2 si s5 s7 о 3
13 s 2 s6 o4 /4 s3 s7 o5 i5 s4 s 7 06 s3 s5 s6 o7
(1)
1 1 2 1 1 1 2
(2)
Библиографические ссылки
© Жаркой И. А., Черноусов А.В., Балаев А.Н., 2021
