CC BY
1
УДК 621.39
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-5-196-197
ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ МОНИТОРИНГА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ УЗЛОВ СВЯЗИ ПУНКТОВ УПРАВЛЕНИЯ ОПЕРАТИВНОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
А.В. Боговик, Д.М. Сафиулов
В статье анализируются проблемы и задачи мониторинга телекоммуникационного оборудования узлов связи пунктов управления оперативного объединения. Рассмотрены методы обеспечения непрерывного диагностирования оборудования без его выключения и демонтажа, а также способы повышения эффективности управления телекоммуникационным оборудованием. Предлагается создание автоматизированной системы мониторинга технического состояния техники связи, которая бы интегрировала в себе современные технологии сбора, анализа и прогнозирования контролируемых параметров телекоммуникационного оборудования узлов связи пунктов управления оперативного объединения. Особое внимание уделено методам предиктивной аналитики, технологиям Интернета вещей и цифровых двойников.
Ключевые слова: мониторинг, узел связи пункта управления оперативного объединения, телекоммуникационное оборудование, диагностирование, предиктивная аналитика, цифровые двойники, системы самодиагностики.
Узлы связи пунктов управления оперативного объединения (далее УС ПУ) являются важнейшими элементами системы связи в операции. От качества их функционирования в значительной степени зависит устойчивость, непрерывность, оперативность и скрытность управления войсками в ходе боевых действий. При этом особое внимание должно уделяться вопросам организации процессов мониторинга и управления состоянием телекоммуникационного оборудования (ТКО) на всех элементах системы связи, в том числе на УС ПУ.
Проведенный анализ [1] существующих подходов к организации мониторинга состояния техники связи на УС ПУ выявил ряд имеющихся проблем, связанных прежде всего с отсутствием или ненадлежащим выполнением основных задач мониторинга:
1. Своевременного получения полных диагностических данных объекта наблюдения без выключения и демонтажа оборудования.
2. Отображения состояния и ресурсного обеспечения ТКО на элементах УС ПУ.
3. Удаленного управления конфигурацией ТКО, выявления и устранения сбоев в настройках его функционирования.
4. Диагностики сетевых неисправностей.
5. Формирования базы данных измерительной информации (сбор, систематизация и хранение данных для учета на предприятиях изготовителей).
6. Буферизации информации на объекте мониторинга при деструктивных воздействиях противника.
7. Прогнозирования состояния наблюдаемых элементов ТКО.
8. Анализа производительности контролируемых элементов.
9. Контроля безопасности (блокировка угроз и несанкционированных действий).
10. Получения информации о фактическом состоянии наблюдаемых элементов в масштабе реального
времени.
11. Оптимизации ресурсопотребления.
12. Поддержки процессов принятия решений для решения задач мониторинга и управления.
Своевременное получение полных диагностических данных объекта наблюдения без выключения и демонтажа оборудования требует интеграции современных технологий, способных обеспечивать непрерывный мониторинг и диагностику телекоммуникационного оборудования в процессе его функционирования. Для этого необходимо использовать комплекс методов, включающих в себя:
1. Встроенные системы самодиагностики. Внедрение в оборудование специализированных микропроцессоров и сенсоров, которые непрерывно отслеживают критические параметры работы (например, температура, вибрация, напряжение). Эти системы могут работать в режиме реального времени, анализируя и отправляя данные на центральный сервер для последующей обработки.
2. Технологии Интернета вещей (IoT). Использование IoT-устройств для мониторинга состояния оборудования. Эти устройства могут собирать данные с различных датчиков и передавать их через беспроводные сети на облачные платформы. Облачные платформы, в свою очередь, используют мощные аналитические инструменты и алгоритмы машинного обучения для обработки и интерпретации полученных данных.
3. Методы предиктивной аналитики. Применение алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта для прогнозирования возможных отказов и неисправностей оборудования. На основании исторических данных и текущих показателей системы могут выявлять паттерны и аномалии, указывающие на потенциальные проблемы. Это позволяет принимать превентивные меры без необходимости отключения ТКО УС ПУ.
4. Цифровые двойники. Создание цифровых моделей (двойников) ТКО, которые бы точно отражали его физическое состояние и поведение. Такие модели позволяют проводить виртуальные испытания и диагностику, моделировать различные сценарии работы и прогнозировать их влияние на оборудование. Это обеспечивает глубокий уровень понимания состояния системы и помогает в принятии обоснованных решений.
Применение этих технологий может позволить существенно повысить качество и прежде всего оперативность мониторинга УС ПУ, минимизируя риски выхода из строя оборудования и обеспечивая непрерывность его работы.
Для решения задач сокращения времени управления состоянием техники связи за счет применения соответствующего набора технических решений [2], позволяющих проводить диагностирование без выключения и демонтажа диагностируемой техники, при этом выполняя требования по полноте измерительной информации, целесообразно уточнить ряд показателей, характеризующих качество процесса мониторинга.
196
Системный анализ, управление и обработка информации
Коэффициент полноты измерительной информации можно определить как отношение:
р = Гп°луч .J.
V '
ГДе Кполуч -
объем полученной информации о параметрах системы, VjV - объем требуемой информации для определения состояния диагностируемого объекта. При этом, если P = 1 - информация полная; P < 1 - информация недостаточная; P > 1 - информация избыточная.
Коэффициент ресурсопотребления процесса сбора измерительной информации можно определить как отношение:
V = ^ ' (2)
где йпотр - реально расходуемый ресурс, Яим - имеющийся ресурс.
Коэффициент безопасности (скрытности) (Кскр) определяется вероятностью компрометации информации
(Рк):
Кскр= 1 - рк (3)
Целевая функция может быть задана минимизацией времени управления состоянием техники связи, при этом обеспечивая P как можно ближе к 1, что предполагает наличие полной измерительной информации, а значения показателя крп и Кскр - должны быть в пределах допустимых:
Q = штСГупр) |(P ^ 1, kpn < ^,Кскр > Кдор}), (4)
Важнейшим этапом управления состоянием ТКО УС ПУ является этап формирования управляющих воздействий, базирующийся на процедурах мониторинга состояния ТКО (техники связи) УС ПУ. При этом для описания динамики системы (управляемого объекта) можно использовать следующее уравнение состояния:
dSt) = F(S(t),D(t)t), (5)
dt
где S(t) - состояние системы в момент времени t; D(t) - диагностические данные, собираемые сенсорами; F - функция, описывающая изменение состояния системы под влиянием диагностических данных.
Для решения данной задачи может применятся метод градиентного спуска. Этот метод позволяет эффективно находить минимум целевой функции за счет итеративного изменения параметров в направлении отрицательного градиента функции. Он показывает высокую эффективность при решении подобных задач оптимизации с большим количеством параметров и сложными функциями потерь, гарантирует сходимость к локальному минимуму при правильном выборе шага и начальных условий.
Итеративная формула градиентного спуска может быть представлена следующим выражением:
9k+1 -nVL(%), (6)
где вк - параметры на k-й итерации, ц - шаг градиентного спуска, ЧЬ(вк) - градиент функции потерь на k-й итерации.
Структурно-функциональное моделирование системы мониторинга ТКО УС ПУ наряду с вопросами создания (разработки) архитектуры системы, требует конкретизаций ряда основных задач связанных с отображением состояния и ресурсного обеспечения ТКО; удаленным управлением конфигурацией и устранением сбоев; диагностикой сетевых неисправностей; формированием и хранением баз данных измерительной информации; буферизацией данных при деструктивных воздействиях; прогнозированием состояния оборудования; анализом производительности; контролем безопасности; получением информации в реальном времени; оптимизацией ресурсопотребления и поддержкой принятия решений.
Создаваемая система должна обеспечивать комплексный подход к управлению состоянием телекоммуникационного оборудования, включая непрерывный сбор данных, анализ, прогнозирование и автоматическое принятие решений.
Результаты моделирования системы мониторинга УС ПУ [3] позволяют сделать вывод о высокой степени зависимости качества мониторинга от формируемой инфраструктуры, реализующей процесс получения и обработки измерительной информации, а также от выбора рациональных алгоритмов его функционирования. Таким образом, решение имеющихся проблем мониторинга технического состояния ТКО УС ПУ связано с построением автоматизированной системы мониторинга и управления, обеспечивающей комплексный подход к управлению состоянием ТКО с использованием современных технологий. Применение методов предиктивной аналитики, встроенных систем самодиагностики, технологий IoT и цифровых двойников должно позволить существенно повысить качество и надежность функционирования УС ПУ для целей эффективного управления войсками.
Список литературы
1. Боговик А.В., Сафиулов Д.М. Системный анализ реализации работы автоматизированной системы мониторинга технического состояния техники связи узлов связи пунктов управления оперативного объединения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 2. С. 248-251.
2. Боговик А.В., Сафиулов Д.М. Архитектура и анализ механизмов Operation, Administration, Maintenance в технологии Carrier Ethernet // Военная связь будущего. Квантовый скачок как неизбежность: Сборник материалов международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург: Военная академия связи им С.М. Буденного МО РФ, 2023. С. 65-71.
3. Боговик А.В., Сафиулов Д.М. Модель оценки качества системы мониторинга технического состояния техники связи и автоматизированных систем управления телекоммуникационных сетей специального назначения // Техника средств связи. 2022. № 4(160). С. 59-65.
Боговик Александр Владимирович, канд. воен. наук, профессор, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного,
197
Сафиулов Давлет Муратович, адъюнкт, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного
PROBLEMS OF THE ORGANIZATION OF MONITORING OF TELECOMMUNICATION EQUIPMENT OF COMMUNICATION NODES, CONTROL POINTS OF THE OPERATIONAL ASSOCIATION AND WAYS TO SOLVE THEM
A. V. Bogovik, D.M. Safulov
The article analyzes the problems and tasks of monitoring telecommunication equipment of communication nodes of control points of the operational association. The methods of ensuring continuous diagnostics of equipment without turning it off and dismantling, as well as ways to improve the efficiency of telecommunications equipment management are considered. It is proposed to create an automated system for monitoring the technical condition of communication equipment, which would integrate modern technologies for collecting, analyzing and predicting controlled parameters of telecommunications equipment of communication nodes of operational association control points. Special attention is paid to predictive analytics methods, Internet of Things technologies and digital twins.
Key words: monitoring, communication node of the operational association's control center, telecommunications equipment, diagnostics, predictive analytics, digital twins, self-diagnosis systems.
Bogovik Alexander Vladimirovich, candidate of military sciences, professor, bogovikav@mail. ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny,
Safiulov Davlet Muratovich, adjunct, davletzas@mail. ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny
УДК 004
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-5-198-199
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ И КАЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЁЖНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
И.А. Панков, А.П. Панков, Д.А. Панков
Современные стандарты, касающиеся высоконадежных систем, на текущий момент не содержат в себе однозначного толкования терминов FMEA, FMECA и FMEDA поэтому одни и те же термины могут трактоваться по-разному, в одних случаях, как только качественные в других, как только количественные, что является проблемой. FMEDA, например, трактуется как метод систематического анализа, который сочетает как качественные, так и количественные аспекты. Учитывая критические области применения такого рода технологий, необходимо исключить разночтения. Авторами в этой статье предложена система, которая позволит однозначно трактовать термины стандартов.
Ключевые слова: FMEA, FMECA, FMEDA, имитация неисправностей и анализ реакции (ИНАР), анализ надежности, FI.
Аналитические методы оценки надёжности и методы имитационного моделирования предназначены для начальных этапов разработки высоконадёжных изделий и могут иметь низкую точность вследствие не учёта различных факторов. Существующие анализы FMEA (Failure Mode and Effects Analysis), FMECA (Failure Mode, Effects and Criticality Analysis) и FMEDA (Failure Modes, Effect, and Diagnostics Analysis) на этом этапе имеют качественный характер. После окончания процесса разработки согласно ГОСТ заложены испытания изделий, однако зачастую они не описаны и технология их проведений отсутствует. Методы испытаний высоконадёжных изделий АСУ, позволяющие получить количественные оценки, также опираются в основном на процедуры FMEA, FMECA и FMEDA в сочетании с современной технологией имитации неисправностей, такой как FI (fault injection). Технология FI позволяет качественные методы за счет набора статистики преобразовать в количественные. В этом случае проблема испытания уникальных изделий АСУ, созданных в единичных экземплярах, может быть решена.
Процесс разработки безопасных программируемых систем описан в разделе C. 5.18 стандарта IEC 615087 (российский аналог ГОСТ Р МЭК 61508-7-2012), который предполагает создание системы только для целей тестирования. Система имитирует поведение контролируемого оборудования, включая сочетание программного и аппаратного обеспечения со всеми входными данными для проверяемого устройства, которые предполагаются при реальном функционировании. При тестировании диагностического аппаратного и программного обеспечения используется методика FI, позволяющая смоделировать любой вектор последствий неисправности и любое количество этих векторов, а также сделать программное обеспечение для многократного воспроизведения сценария векторов последствий неисправности или имитации неисправности опираясь на международные стандарты IEC 61508, EN 50128 и ISO 26262.
Постановка задачи. Получение количественных оценок надёжности цифровых программируемых систем для систем безопасности АСУ опирается на стандарты и технологии. Перевод заимствованных стандартов и использования их в качестве ГОСТ привел к тому, что наработки отечественной школы надежности проигнорированы, по крайней мере, в области формальной стандартизации, в результате чего произошла путаница в определении одних и тех же терминов, которые определяются по-разному в разных регламентирующих документах, что означает, что их смысл утерян. Прогресс не всегда происходит поступательно, и о качестве изложения можно судить, сравнив изложение основных терминов в FMEA, FMECA и FMEDA в разных источниках.
198
