CC BY
83
т
Проблемы математического описания потоков управляющей информации в процессе управления современной инфокоммуникационной сетью специального назначения
На основе рассмотрения различных задач управления современными инфокоммуникационными сетями специального назначения (ИКС СН), т.е. инфокоммуникационными сетями, построенными на основе принципов глобальной информационной структуры и сетей следующего поколения и предназначенными, в соответствии с федеральным законом РФ "О связи", для нужд обороны, обеспечения безопасности государства и охраны правопорядка, делается вывод о необходимости достаточно строгого математического описания процессов, протекающих в них, среди которых основными являются процессы поступления, распределения и переноса информации, необходимой для нормального функционирования автоматизированных систем управления (АСУ) ИКС СН. При этом на соответствующие узлы ИКС СН от должностных лиц (ДЛ) пунктов управления (ПУ) сетью поступают требования на передачу управляющей информации, а совокупность требований и самой информации (сообщений, данных, речевой и видео информации, мультимедиа информации), образует терминальные потоки, множество которых определяют сетевые потоки управляющей информации. Рассматриваются вопросы математического описания стохастических потоков управляющей информации, циркулирующих в ИКС СН, при организации и Кпючввыв слова: математическое описание решении задач мониторинга сети, так и при передаче информации, поступающей с ПУ на объекты протоколов, сети специального назначения, управления ИКС СН. Приводятся рекомендации по оценке параметров потоков и использовании оценок автоматизированные системы управления. при управлении ИКС СН.
Легков К.Е.,
к.т.н., ВКА им. АФ. Можайского г. Санкт-Петербург,
consfl@mail.iv
Буренин А.Н.,
кт.н., доцент, ВКА им. А.Ф. Можайского г. Санкт-Петербург Введение
Решение большинства задач управления ИКС СН, обеспечивающих требуемый уровень качества функционирования инфокоммуникационной ссти, предоставляющей комплекс требуемых информационных и телекоммуникационных услуг различным пользователям ведомственных информационных центров (ВИЦ) или ПУ ведомственных АСУ (ВАСУ), прикладным процессам КСА ПУ в обязательном порядке требует формирования достаточно строгого формализованного описания самой ИКС СП и процессов, протекающих в ней.
Вместе с тем, следует отметить, что достаточно строгое математическое описание ИКС СН и основных процессов, Описывающих изменение се состояний, часто трудно осуществить, так как должно учитывать все явления в динамике.
Очевидно, основными процессами, протекающими в ИКС СН, являются процессы поступления, распределения и переноса информации [1]. На соответствующие узлы ИКС СН от пользователей ВИЦ, ПУ ВАСУ, ПП КСА ПУ поступают требования на передачу информации. При этом, совокупность требований и самой информации {сообщений, дан-пых, речевой и видео информации, мультимедиа информации), поступающих на соответствующий узел ИКС СН, образует абонентский терминальный поток, а вся совокупность этих потоков определяет особенности сетевых информационных потоков в ИКС СН, которые в силу влияния целого ряда случайных факторов, носят явно выраженный стохастический характер. Отличительной особенностью ИКС СН является то, что циркулирующие в ней потоки являются неоднородными.
Т-Сотт #10-2014
при организации кжущеги управления i-irvi.. i„rt важно уметь прогнозировать потоки управляющей информации и, в частности, одну из составляющих этих потоков - потоки информации о состоянии ИКС СН и ее элементов (узлов, трактов сети, оборудования узлов и т.д.). При этом, в качестве математической модели ИКС СН и ее элементов могут успешно использоваться соответствующие модели систем массового обслуживания [2, 3], на каждую из которых поступает соответствующий поток требований. Его обслуживание (в общем случайное) определяется соответствующими параметрами, как правило, заранее известными хотя бы приближенно в части законов распределения случайных значений этих параметров.
Реальные потоки информации, как исходящие из ВИЦ, ПУ ВАСУ, ПП КСА ПУ, так и от средств сбора информации о состоянии объектов управления ИКС СН и самой ИКС СН в целом (в дальнейшем потоки управляющей информации или ПУИ) в общем случае характеризуются той или иной степенью нестационарпосш. В силу этого, знание или оценка этих потоков информации является обязательным для организации эффективного управления ИКС СН. При этом представляется, что наиболее перспективным является сведение процессов сбора информации к одной базовой модели, позволяющей с достаточной степенью адекватности (в вероятностном смысле) описывать все ПУИ, циркулирующие в ИКССН.
Описание базовой модели МУИ
Организация сбора информации о состоянии как самой ИКС СН, так и различных объектов управления обслуживаемых ИКС СН систем (информационных и управления) имеет схожие моменты, которые реализуются в рамках соответствующей подсистемы сбора информации (ПСИ) АСУ ИКС СН, элементы которой также размещаются па соответствующих узлах связи ПУ АСУ ИКС СН (так называемые агенты подсистемы сбора информации, обеспечивающие первичную обработку заявок).
43
У
44
Т-Сотт #10-2014
У
дящая функция числа требований для потока Бернулли определяется выражением [7, 8]:
(3)
м
где Р (д,у= а /' (г)~ плотность поступления требо-
ваний в потоке управляющей информации.
Тогда вероятность поступления ровно / требований за интервал времени Ы равна;
' (4)
& 7=1 ^
В силу особенностей построения ИКС СН, связанных с необходимостью предоставления требуемого перечня инфо-коммуникационных услуг пользователям ВИЦ, ПУ ВАСУ, ПП КСА ГТУ, и специфики самих задач мониторинга состояния можно считать, что:
Тогда вероятность поступления ровно у требований в интервале времени [0,Дт] равна:
(6)
Поток упршляющев няфорнашш на момент !
Марковская модель иассОЭШ) обслуживания о&ьекта управления (элемента ИКС СИ) Состояние на момент/
Опенка
прогнозируемого СОСТОЯ!« [Я
объекта управления (элемента ИКС СИ) на момент I +Дг
Обслуживание требований
Рис. 3. Схема прогнозирования состояния объекта управления ИКС СН
Однако применение марковских моделей массового обслуживания предполагает [3, 4, 6, что поступающий поток управляющей информации является пуассоновским, то есть потоком, обладающим свойством отсутствия последействия.
Для получения параметра пуассоиовского потока, эквивалентного в известном смысле анализируемому потоку Бернулли, целесообразно остановиться на определенном критерии, характеризующим эту эквивалентность.
Так для большинства объектов управления информационных систем, ВАСУ и для элементов самой ИКС СН важно, чтобы для заданных временных интервалов среднее значение (математическое ожидание) числа событий в исходном потоке Бернулли было таким же как у эквивалентного пуассоновекого потока, то есть:
а^-^ №Г
(7)
Следует отметить, что поток Бернулли является неэргодичным и обладает свойствами самоподобия, что необходимо учитывать при получении соответствующих оценок данного потока, связанных с операциями усреднения данных.
Предложения по использованию базовой модели при управлении ИКС СН
Полученные выражения для вероятностных характеристик ПУИ, циркулирующих в ИКС СН, в качестве математической модели которых может быть использована модель стохастического потока Бернулли, позволяют их описать как неубывающий вероятностный процесс, но не позволяют непосредственно использовать полученные оценки параметров процессов (например, оценку математического ожидания) при прогнозировании состояния элементов ИКС СН или объектов управления информационных систем или ВАСУ, которые часто могут быть описаны в виде разнообразных моделей массового обслуживания [3, 4]. Особое место в этом ряду занимают марковские модели массового обслуживания, которые предоставляют возможность достаточно простого получения упреждающих оценок состояния объектов управления и элементов ИКС СН, рис. 3.
В выражении (7) вероятности /^(Д/) определяются исходя из выражения (6). В этом случае каждый поток управляющей информации о состоянии объектов управления (элементов ИКС СН), описываемой моделью стохастического потока Бернулли для каждого временного интервала квазистационарности Д/г)() можно аппроксимировать эквивалентным пуассоновским потоком с интенсивностью
д/
(8)
При этом состояния каждого объекта управления (элемента ИКС СН) могут быть описаны системой стохастических дифференциальных уравнений:
ж
ш
(9)
где - вероятности того, что в информа-
ционной системе, подсистеме (элементе) ИКС СН занято обслуживанием соответственно 0п каналов (обслуживающих элементов); = Лу — интенсивность поступления требований, определяемая выражением (8); ¿^[г]' — интенсивность обслуживания.
По совокупности таких систем уравнений могут быть получены значения вероятностей соответствующих состояний всех информационных систем, подсистем ИКС С'Н, которые затем с успехом могут быть использованы для прогнозирования состояния информационной системы, всей ИКС СН с целью управления ими.
Действительно, рассчитанные значения Рх((п) для любого момента времени прогнозирования /„ позволят определить наиболее вероятное состояние объекта управления (элемента ИКС СН), которое может быть затем использовано при выборе соответствующей стратегии управления.
Т-Сотт #10-2014
45
т
Литература
1. Легкое К.Е. О некоторых подходах к повышению эффективности системы управления в рамках изменения подхода к автоматизации и информации // Мобильные телекоммуникации. - 2013. -№7.-С. 48.
2. Легкое К.Е. Основные теоретические и прикладные проблемы технической основы системы управления специального назначения и основные направления создания инфокоммуникационной системы специального назначения II Т-Сотт: Телекоммуникации и транспорт. - 2013. - Т.7, №6. - С. 42-46.
3. Легкое К.Е. Процедуры и временные характеристики оперативного управления графиком в транспортной сети специального назначения пакетной коммутации // Т-Сошш: Телекоммуникации и транспорт. - 2012. - Т.6, №6. - С. 22-26.
4. Легкое К.Е., Донченко A.A. Вероятность потери пакета в беспроводных сетях со случайным множественным доступом к среде передачи // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2011. - Т.5, №5.-С. 32-33.
5. Легкое К.Е., Донченко A.A., Садовое В.В. Современные технологии беспроводного широкополосного доступа 802.16E и LTE: перспективы внедрения на транспорте // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2010. - Т.4, №2. - С. 30-32.
6. Легкое К.Е., Донченко A.A. Беспроводные MESH сети специального назначения // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт, -2009. - Т.З, №3. - С. 36-37.
7. Легкое К.Е., Донченко A.A. Анализ систем передачи в сетях беспроводного доступа И T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2009. - Т.З, №2. - С. 40-41.
Problems of the mathematical description of flows control data in administrative process by the modern infocommunication network special purpose
Legkov K.E., Burenin A.N., VKA of A.FMozhayskogo St. Petersburg
Abstract
In article on the basis of reviewing of different tasks of control by the modern infocommunication networks of a special purpose (IN SP), i.e. the infocommunication networks constructed on the basis of the principles of a global information structure and networks of the following generation and intended, according to the federal law of the Russian Federation "About communication", for needs of defense, safety of the state and law and order protection, draw an output about need rather strict mathematical the process descriptions, proceeding in them among which the mains are processes of arrival, distribution and transfer of the information necessary for normal functioning of the automated systems of control (ASC) IN SP. Thus on the IN SP appropriate nodes from the officials of the control points (CP) a network requirements of control data transmission, and set of requirements and the information (messages, data, speech arrive and video of information, an information multimedia), will form the terminal flows which set is defined by network flows of control data. Questions of the mathematical description of stochastic flows of the control data circulating in IN SP are considered, in case of the organization and the solution of tasks of monitoring of a network, and in case of the information transfer arriving with CP on control objects IN SP Recommendations about an assessment of parameters of flows and use of estimates in case of control IN SP are provided.
References
1. Legkov, K2013, 'About some approaches to increase of system effectiveness of control within change of approach to automation and information', Mobile telecommunications (Mobile Communications), no. 7, p. 48.
2. Legkov, K2013, 'Main theoretical and application-oriented problems of a technical basis of management system of a special purpose and main directions of creation of infocommunication system of special assignment1, T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 7, no. 6, pp. 42-46.
3. Legkov, K2012, 'Procedures and time response characteristics of operational management of traffic on the transport network of a special purpose of package switching', T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 6, no. 6, pp. 22-26.
4. Legkov, K & Donchenko, A 2011, 'Veroyatnost of loss of a packet on the wireless networks with accidental multiple access to the environment transmission', T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 5, no. 5, pp. 32-33.
5. Legkov, K & Donchenko, A & Sadovov, V 2010, 'The modern technologies of broadband wireless access 802.16E and LTE: implementation perspectives on transport1, T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 4, no. 2, pp. 30-32.
6. Legkov, K & Donchenko, A 2009, 'Wireless MESH networks of a special purpose', T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 3, no. 3, pp. 36-37.
7. Legkov, K & Donchenko, A 2009, The analysis of transmission systems on networks of wireless access', T-Comm: Telecommunications and transport, vol. 3, no. 2, pp. 40-41.
46 T-Comm #10-2014
