Использование информационных технологий для систем поддержки и принятия решений в области планирования каналов кв-связи

пьютеров среднего класса в настоящий момент позволяет получать результат за секунды, поэтому нет смысла искать оптимальный алгоритм для каждой схемы, а можно ограничиться одним.

Анализ влияния топологии соединений СВЧ-цепи на скорость работы САПР по каждому способу показал, что практически во всех случаях выигрывает способ поочередного объединения, поэтому в принципе в САПР достаточно использовать только его. Исследования скорости работы программы при каскадном соединении четырехполюсников показали, что данный способ по скорости лишь незначительно уступает переходу к Т-матрицам. ::-,.. . .

В формулах вычислений по указанному алгоритму [1,4] есть общие множители, включающие обратные матрицы, поэтому при выборе правильного порядка вычислений можно получить выигрыш в скорости. Кроме того, при объединении взаимных устройств достаточно вместо четырех подматриц вычислять только три, если при формировании матриц БЭ делать в специальном столбце пометку о взаимности БЭ. По такому же принципу можно отличать каскадно соединяемые четырехполюсники для вычисления с помощью Т-матриц [4].

С помощью САПР были проверены результаты статей [8,9] и проведен анализ чувствительности выходных характеристик для систем волнонодных тройников с удлинением плеч различной сложности. Сделанные в статьях [8,9] выводы подтвердились.

На сентябрь 2003 г. библиотека ВЭ САПР содержит 64 БЭ.

САПР «ПАПИРУС» внедряется в учебный процесс.

Литература

1. Конструирование экранов и СВЧ-устройств: Учебник для вузов/ А. М. Чернушенко, Б. В. Петров, Л. Г. Малорацкий и др.; Подред. А. М. Чернушенко.-М.: Радио и связь, 1990.

2. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ-устройств. — М.: Радио и связь, 1987.

3. Петров В. П., Реховский А. А. Анализ СВЧ цепей на основе матриц рассеяния нагруженного многополюсника// Устройства систем связи в цифровой реализации: Сб. науч. тр. ин-тов связи. -Л:ЛЭИС, 1987.

4. Богачков И. В. САПР СВЧ-устройств,- Омск, 1999 // Деп. в ВИНИТИ 27.01.99, № 237 - В99,- 26 с.

5. Y. Potapoff. Microwave device simulator "Microwave office 2000"// lO"1 International Microwave Conference "Microwave&Telecommunication Technology CriMi-Co'2000". Conf-Proceedings. Sevastopol, 2000.- P. 13.

6. Богачков И. В., Устинов А. Г. САПР устройств микроволнового диапазона// Динамика систем, механизмов и машин: Мат. ГУМеждунар. науч.-техн. конф. - Омск; ОмГТУ, 2002.- С. 261 -265.

7. Фомин Н-Н., Логвинов В.В. Применение программы Puff для изучения и проектирования приемно-усилигельных узлов и блоков СВЧ: Учеб. пособие. -М.: МТУСИ, 2000. - 51 с.

8.1. Bogachkov. Construction of waveguide distributing systems for multichannel microwave ovens//High Power Microwave Electronics: Measurements, Identification, Applications (M1A-ME'97). Conference Proceedings. Novosibirsk, 1997,- P. 230-235.

9.1. Bogachkov. Using of waveguide T-junctions with asymmetric shoulders in the energy distributing systems of multichannel microwave ovens//10"' International Crimean Microwave Conference "Microwave & Telecommunication Technology" (CriMiCo'2000). Conference Proceedings. Sevastopol, 2000,- P. 582-583.

БОГАЧКОВ Игорь Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Средства связи и информационная безопасность».

УСТИНОВ Александр Геннадьевич, студент специальности «Радиотехника» РТФ.

УДК 621.391.2 Е.В.ДОЛГИХ

Д. Е. ЗАЧАТЕЙСКИЙ

Институт математики СО РАН им. С.Я. Соболева

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ СИСТЕМ ПОДДЕРЖКИ И ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ОБЛАСТИ ПЛАНИРОВАНИЯ КАНАЛОВ КВ-СВЯЗИ_

В статье рассматривается актуальная проблема исследования операций в области структуризации цикла принятия решений, получения количественных оценок альтернативных политик, планов и решений.

Начиная с основополагающей для Российской науки работы Китова А- И„ Ляпунова A.A., Соболева СЛ. «Основные черты кибернетики» (журнал «Вопросы философии», 1955 г.) и последовавших затем работ Бусленко Н.П., Гермей^ра Ю.Б., Канторовича Л.В., Моисеева H.H., Репьева Ю.М. и др. вопросы исследо-

вания операций занимают существенное место, как в математической теории, так и в практических приложениях теории управления различными экономическими, социальными и техническими процессами.

Использование достижений науки по проблеме исследования операций в области структуризации цикла

Таблица 1

Соответствие вопросов организации и управления работой системы КВ связи и типовых технологий исследования операций, применение которых позволяет искать ответы на них

Вошросы Типо&де технологии

Каковы возможные характеристики требуемых радиолиний (затухание, медовая структура, углы прихода, время распространения и межмодовые задержки и пр.)? Прогнозирование

В каком порядке и в какое время переходить с одной рабочей частоты на другую? Упорядочивание работ и планирование

Каков должен быть набор технических средств и разрешенных для работы частот для обеспечения работы всех требуемых радиолиний? Управление запасами

Какие требования должны бьпъ выполнены при развертывании новых средств связи? Как обеспечить ЭМС с уже существующим набором технических средств? Управление проектами

С какой скоростью и в каком порядке передавать информацию? Когда задействовать дополнительные каналы авяэи? Управление очередями и спросом

Какова численность технического персонала, требуемого для обеспечения работы заданною количества радиолиний и передачи требуемого объема информации? Управление персоналом

принятия решений, количественных оценок альтернативных политик, планов и решений привело к возникновению системотехники, рассматривающей любую сложную систему в целом, а не по частям, что позволяет находить наиболее оптимальные решения при решении задач проектирования, планирования и управления.

При этом, как отмечено в [1], «ядро системотехники составляют определенные разделы математики и системный подход, а не естественные науки, что характерно для классической инженерии. Системный анализ является методологической основой системотехники. Системотехники (или системные аналитики) являются специалистами по построению моделей, имитационному моделированию, оптимизации, интегрированию и оценке систем. Они проектируют системы, повышающие производительность, эффективность, качество и условия труда персонала, привлекаются как к управлению этими системами, так и к планированию, проектированию, внедрению систем, определяющих способ использования известных технологий».

Применительно к задачам организации и управления работой системы радиосвязи реализация подхода, основанного на методологии теории исследования операций и системном анализе, требуют рассмотрения наиболее полного набора факторов, определяющих возможности системы связи (СС) по оперативной и надежной передаче информации между абонентами (пользователями СС). Из всего многообразия существующих в настоящее время СС (проводная, сотовая, спутниковая и пр.) выделим связь.в дециметровом (коротковолновом — КВ) диапазоне, использующую ионосферное распространение радиоволн (распространение радиоволн, отражающихся от ионизированных областей верхних слоев атмосферы).

При этом такие типовые технологии исследования операций, как: прогнозирование, управление персоналом, упорядочивание работ и планирование, управление запасами, управление проектами, управление очередями и спросом должны давать ответы на специфические вопросы данной предметной области. Не претендуя на полноту рассмотрения, приведем некоторые (табл. 1) из возможных вопросов и определим их соответствие типовым технологиям исследования операций.

Работа системного аналитика не представляется в настоящее время возможной без использования средств вычислительной техники и современных ин-

формационных технологий. При этом автоматизированное рабочее место (АРМ) такого, специалиста должно содержать программное обеспечение (ПО), классифицируемое как интеллектуальная информационная система или система поддержки принятия решений (СППР).

Любая СППР является, прежде всего, средством автоматизации процесса сбора необходимых для принятия решения данных, их обработки и использования результатов анализа собранной информации в целях прогнозирования тех или иных параметров некоторой технической или социальной системы, управление которой производится лицом, принимающим решения (ДПР) с использованием СППР [2-4].

При создании любой СППР в первую очередь необходимо решить задачу анализа необход имости и возможности использования в ней тех или иных информационных технологий, а также анализа возможности и успешности применения в разрабатываемой СППР известных подходов к проектированию средств автоматизации. Возможностью применения будем считать применимость на практике того или иного известного подхода к решению задач СППР, а успешность будем определять из наличия полезных качеств, приобретаемых СППР от использования данного подхода.

Рассматриваемая в настоящей работе СППР (СППР «Яас1юЫе1») ориентирована на решение ряда взаимосвязанных задач поддержки принятия решений, возникающих при работе радиоцентра, среди которых:

- Расчет геометрических параметров радиолинии (азимута и дальности);

- Получение справочной информации о технических характеристиках аппаратуры пунктов связи, разрешенных для работы радиочастотах, видах модуляции и т.п.;

- Моделирование антенн пунктов связи расчет их параметров и поддержка принятия решений об их оптимальном размещении;

- Моделирование параметров ионосферного канала связи (число лучей, время распространения, углы прихода, фазовые сдвиги);

- Тестирование различных алгоритмов работы модуляторов и демодуляторов приемопередающей аппаратуры;

- Прогнозирование параметров надежности работы радиоканала, и др.

Эффективное решение каждой из перечисленных выше задет предъявляет свои требования к ПО СППР. При этом желательно ориентироваться на использование наиболее подходящей для решения той или иной задачи информационной технологии.

Технологии ГИС

Как известно,. ГИС (геоинформационные системы) — это программные средства, позволяющие работать с географическими объектами (картами, рельефами и т.д.), вычислять расстояния между географическими точками и другие параметры в удобном для пользователя виде — визуально позволяя пользоваться различными масштабами отображения. Использование этих технологий крайне желательно при решении задачи расчета и последующей визуализации геометрических параметров радиолинии. Эта технология позволяет ДПР в процессе работы адекватно сопоставлять задаваемые координаты пунктов связи с их расположением на карте. Вычислять расстояния между пунктами связи и направления, в которых должны быть ориентированы направленные антенны для достижения наилучшего качества связи. Актуальной представляется и задача быстрого поиска по заданному наименованию пункта или позывному местоположения пункта связи на карте.

Технологии CAD

Преимущества использования этих технологий при решении конструкторерпсзадачобщеизвестны. Наглядность представления чертежей, быстрота перехода от двумерного к трехмерному изображению, возможность создания электронных библиотек конструкторской документации и многое другое делают данные технологии привлекательными для решения задач конструирования антенных систем* Данные задачи, несмотря на использование типовых антенных конструкций, присутствуют в процессе эксплуатации пунктов:связи драктически постоянно и тесно переплетаются с задачами электромагнитной совместимости, адаптации к изменяющимся параметрам подстилающей поверхности антенных полей, настройки антенн на нужную рабочую частоту и пр. Одним из современных подходов к решению этой задачи является математическое моделирование параметров антенн, требующее, в свою очередь, задания геометрических размеров и конфигурации проводников проволочных антенн. Именно на этом этапе применение CAD-технологий представляется вполне оправданным.

Internet-технологии

: Задача моделирования параметров ионосферного : цанала срязи требует использования данных о гелио-физической обстановке или результатах измерений параметров, ионосферы Земли в различных точках земного шара. Естественно, что наиболее приемлемым способом получения этой информации является сеть Internet. Кроме того, разработка пользовательского интерфейса СППР в современных условиях требует либо возможности его быстрого переноса в Internet, либо разработки второго параллельного интерфейса Мя пользователей Internet и сопряжения его с основной системой, что, естественно, приводит к необходимости, использования языков гипертекстовой разметки и сопутствующих механизмов его отображения средствами СППР.

Технологии баз данных

Задача интеграции имеющейся разнородной информации о предметной области в единое информационное пространство и обеспечения различным пользователям различных представлений о данных требует использования технологий баз данных. Программное обеспечение, аппаратные средства, программируемая логика и процедуры; осуществляющие управление базой данных, образуют систему управления базами данных (СУБД). СУБД создает возможность доступа к интегрированным данным, которые пересекают операционные, функциональные и организационные границы в предметной области создаваемой СППР.

При рассмотрении технологий баз данных основное внимание уделялось реляционной модели построения СУБД. При реализации реляционной модели данных наибольшее распространение получили SQL-сервера. Ими являются СУБД, поддерживающие стандартный язык запросов к данным SQL. Среди необходимых для создания СППР возможностей SQL-серверов следует выделить предоставление доступа к хранящимся на сервере данным одновременно множеству пользователей, что позволяет создавать в рамках СППР различные АРМы с пересекающимся набором решаемых ими задач. [5 - 7]

Технологии «клиент-сервер»

Технология «клиент-сервер» в программировании появилась для обеспечения возможности использования общих данных либо математического аппарата одновременно несколькими пользователями. Такая технология подразумевает распределение функций программ по принципу «индивидуальное —общее». Если информация, в виде структурированных каким либо образом текстовых, графических или другого типа данных, необходима нескольким пользователям, ее можно выделить в основу «серверного» блока. Пользовательский интерфейс, обрабатывающий все действия пользователя в виде нажатия клавиш или мыши является персональной, является при этом индивидуальной функцией, которая необходима только лишь одному данному пользователю, все это делает его основой «клиентского» блока. Помимо этих основных составляющих в «серверный» и «клиентский» блоки включают математический, вычислительный аппарат, причем в различных ситуациях и системах его включают как в тот, так и в другой блок. Это связано, прежде всего, с особенностями задачи, поставленной перед создателями, ее сложности, а также возможности ее реализации в соответствующем блоке.

В нашем случае такой подход представляется весьма уместным, поскольку очевидно, что в условиях крупного радиоцентра перечисленные выше задачи будут решаться разными специалистами, пользующимися той или иной частью единого набора входной информации.

Помимо технологии «клиент-сервер» в современных системах автоматизации широко применяется модульный принцип организации приложений, который позволяет создавать настраиваемые приложения путем объединения, либо отключения программных модулей, способных интегрироваться в основную программу. Модульность подразумевает создание системы, состоящей из различного рода программных блоков, что обеспечивает гибкость системы и ее быструю модифицируемость в процессе дальнейшего развития и эксплуатации. [8]

Особенно интересным вариантом является сочетание этих двух технологий в различных пропорциях.

Из этого сочетания рождаются различные схемы построения систем, которые применимы и для СППР.

Схемы построения СППР

В зависимости от набора решаемых СППР задач, требований к точнос ти описания моделью, используемой при решении задач прогнозирования реальных условий, возможностям ДПР по получению требуемой ему информации и оснащенности его. средствами ВТ возможно несколько вариантов построения СППР.

1. Локальный. В этом случае процесс формирования решения в конкретной ситуации происходит непосредственно на одном компьютере, на котором должна быть установлена система в полном объеме, включая в себя все необходимые модули СППР и существующую в ней базу данных (базу знаний). В данном варианте использование технологии «клиент-сервер» не является целесообразным, хотя и не запрещено. То же самое можно сказать и о модульности.

2. Корпоративный вариант построения СППР предусматривает возможность одновременного использования базы данных (базы знаний) системы. При этом используется технологическая схема «клиент-сервер», в которой в качестве сервера выделяется набор модулей для работы непосредственно с базой данных (базой знаний), а в качестве клиента выделяется другой набор модулей, отвечающий в основном за интерфейс работы с пользователем СППР.

3. Сетевой. Данный вариант построения СППР является развитием корпоративного варианта, описанного выше. При этом возможны схемы, в которых используются интернетгбраузеры, как абсолютно независимые от структуры СППР клиентские приложения, либо клиентская часть включает в себя модуль соединения с серверной частью с помощью интернет. Возможен и вариант системы, в которой локально размещенные серверные части обмениваются информацией по протоколам TCP/IP между такими же, как они ячейками одной большой СППР. Последний вариант можно классифицировать уже как распределенный.

Следует отметить, что это не полный перечень рассмотренных нами при анализе возможностей программной реализации СППР «RadioNet» возможных схем построения, но он содержит наиболее распространенные из них на сегодняшний момент.

Анализ алгоритмов решения задач СППР, применимости для их решения современных информационных технологий и подходов к построению систем автоматизации показывает целесообразность их использования в корпоративном варианте построения СПП^\ согласно приведенной классификации. Этот вариант представляется наиболее удобным для решения поставленных задач и позволяет для каждой задачи спроектировать свой программный модуль, а информацию необходимую для работы создаваемых модулей хранить в базах данных на сервере. Применяя различные сочетания модулей для различных типов пользователей системы, возможно обеспечить эффективность решения отдельных задач, работая при этом в едином информационном пространстве. При этом не исключается использование пользователем сетевых технологий (в частности для сбора информации, размещаемой в Internet), хотя наложение дополнительных требования на серверную часть СППР при этом не планируется.

Таким образом, в состав СППР «RadioNet» необ-I ходимо включить следующие модули:

> Единый серверный модуль, регистрирующий все модули, входящие в систему и реализующий работу с базами данных, используемых для хранения необходимой для работы этих модулей информации;

» Базовый клиентский модуль, реализующий отображение интерфейса пользователя в классическом виде, а также с использованием HTML;

Серверный модуль «Интерфейсы СППР», реализующий динамически создаваемый, в зависимости от действий пользователя, интерфейс в виде исходных текстов HTML; '

Клиентский модуль «Регламент радиосвязи» + серверная часть для хранения данных;

Клиентский модуль «Проектирование радиотрассы» + серверная часть;

Клиентский модуль «Моделирование антенн пунктов связи» + серверная часть;

Клиентский модуль «Моделирование ионосферного канала связи» + серверная часть;

Клиентский модуле «Моделирование устройства приема сигналов» + северная часть + модули алгоритмов декодирования полученного сигнала от сторонних разработчиков;

Клиентский и серверный модуль «Прогнозирование параметров надежности работы радиоканала»;

Как уже отмечалось выше, различные сочетания этих модулей, сформированные в виде набора АРМов должны удовлетворить потребности различных типов пользователей создаваемой СППР.

В ходе работ по информационному поиску и анализу прототипов и аналогов создаваемой СППР выяснилось, что для ряда модулей в настоящее время уже существуют разработки решающие задачи в том же, а некоторые и в большем объеме, чем планировалось создать в рамках этих модулей. Причем некоторые из них предоставляются для использования абсолютно бесплатно. Этот факт побудил использовать наиболее яркие и функционально наполненные программы в качестве модулей создаваемой СППР, при этом полностью соблюдая авторские права разработчиков. Модульный подход к построению системы позволяет это сделать, что говорит о его бесспорной полезности, хотя в ряде случаев требуется написание дополнительных приложений, улучшающих интерфейс системы в целом.

Таким образом, за время исследований удалось включить в систему «RadioNet» моделировщик антенн - MMANA (Разработчики Makoto Mori, И. Гончарен-ко, hltp://www.paguô'.ru/mmàna), электронную карту «DX Atlas» (электронный атлас мира в прямоугольном, азимутальном представлении, а также в виде глобуса. Разработчики - Afreet Software, http://www. dxatlas.com).

Однако основную часть созданных в настоящее время модулей СППР составляют модули, разработанные в ОФ ИМ СО РАН: «Регламентрадиосвязи», «Испытательный стенд», «Архивионограмм»идр. [9] Разработаны механизмы быстрой модернизации системы путем установки новых версий модулей и подключения дополнительных модулей, созданных другими авторами с использованием других языков программирования.

При разработке интерфейса пользователя была учтена необходимость переноса возможностей СППР для пользователей Интернет путем включения в состав модулей собственного браузера для просмотра HTML страниц. При этом весь пользовательский интерфейс не хранится в виде диалоговых форм ит.д., а формируется сервером непосредственно во время работы пользователя, изменяясь в зависимости от его действий.

Отрезок маршрута информационного потока -Полный маршрут информационного потока

Рис.1. Схема взаимодействия модулей СППР «11а(11о№Ь с использованием технологии «клиент-сервер».

Эта так называемая веб-технология является аналогом технологий применяемых при создании динамических веб-сайтов, таких как ASP, РНРидругих. [10] Таким образом, предлагаемое комплексное использование различных информационных технологий для решения задач компьютерной поддержки принятия решений при эксплуатации систем KB радиосвязи, реализуемое в прототипе СППР «RadioNet», позволяет на наш взгляд создать наиболее понятный пользователю, наглядный и удобный интерфейс системы, ориентированной на поддержку задач системотехники сложных систем связи. «Корпоративный» вариант схемы построения СППР в сочетании с модульным принципом построения системы обеспечивает требуемую гибкость и функциональность разрабатываемого программного обеспечения путем разработки целого набора автоматизированных рабочих мест различной функциональности для пользователей СППР. При этом определяющую роль в процессе принятия решений, касающихся работы системы связи в целом, должен играть системный аналитик — специалист по построению математических моделей различных элементов системы, имитационному моделированию, выбору оптимальных режимов работы, прогнозированию и оценке надежности передачи информации. Предложенный подход к построению СППР и способы решения технологических проблем интегрирования в единую систему разнородных по используемым информационным технологиям программных модулей может быть использован при компьютерной полдержке принятия решений в других предметных областях.

Литература

1. Рубцов С. Вчера и сегодня исследования операций БОСС №12,2000.

2. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. М. - Изд-во «СИНТЕГ», 1998, 360 с.

3. Ларичев О, И. Наука и искусство принятия решений. — М.: Наука, 1979;

4. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений. - М.: Логос, 2000.

5. Альфред В. Ахо, Джон Э. Хопкрофт, Джеффри Д. Ульман, Структуры данных и алгоритмы. Издатель-скийдом «Вильяме», 2000.

6. Крёнке Д., Теория и практика построения баз данных, 8-е изд, «Питер», 2003.

7. Когаловский М.Р., Энциклопедия технологий баз данных, М,: Финансы и статистика, 2002.

8. ЦимбалА., АншинаМ., Технологии создания распределенных систем. Для профессионалов, Издательский дом «Питер».

9. Долгих Е. В. Вариант представления «Регламента радиосвязи» в виде базы данных. Техника радиосвязи. Омский НИИ приборостроения.2002. Вып.7 с.67-73.

10. Тео Мандел. Разработка пользовательского интерфейса. М., ДМ К Пресс, 2001.

ДОЛГИХ Евгений Валерьевич, аспират1, ОФИМ СО РАН, лаборатория моделирования сложных систем. ЗАЧАТЕЙСКИЙ Дмитрий Евгеньевич, кандидат физико-математических наук. ОФИМ СО РАН.

Информация

VI Международная научно-техническая конференция

"ФИЗИКА И РАДИОЭЛЕКТРОНИКА В МЕДИЦИНЕ И ЭКОЛОГИИ"

ФРЭМЭ'2004

21-23 апреля 2004 г.

Министерство образования РФ, Российское НТО РЭСим. A.C. Попова, Институтрадиотехники и электроники РАН, Институт космических исследований РАН, Департамент здравоохранения Администрации Владимирской области, Владимирский государственный университет проводят с 21 по 23 апреля 2004 года VI Международную научно-техническую конференцию «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии» (ФРЭМЭ'2004).

Тематические разделы конференции:

1. Методы и средства диагностики и лечения заболеваний;

2. Биокибернетика и математическое моделирование;

3. Биомеханика, проблемы коррекции и лечения опорно-двигательного аппарата;

4. Новые информационные технологии в медицине и экологии;

5. Лазерная техника для медицины;

6. Физиотерапевтическая аппаратура;

7. Методы и средства диагностики природной среды;

8. Экология и здоровье человека;

9. Актуальные вопросы высшего образования в области биомедицинской инженерии и экологии.

Приглашаем принять участие в работе конференции.

Работа конференции будет организована в форме пленарных, проблемно-тематических заседаний и заседаний "круглого стола". Рабочие языки конференции - русский и английский.

Оргвзнос в размере 300 руб. следует перечислить на Р/с№40703810910020100121 во Владимирском ОСБ №8611 РФг. Владимира, БИК 041708602, к/с 30101810000000000602, получатель платежа - Владимирская региональная общественная организация РНТО РЭС им. A.C. Попова, ИНН 3327702155/КПП 332701001, с пометкой «Оргвзнос за участие в конференции ФРЭМЭ'2004».

Срок представления материалов — до 25 января 2004г.

Для связи с оргкомитетом используйте: телефоны: (0922) 27-99-60; 27-97-39; 27-99-72 E-mail: freme&vpli. vladimir.ru

факс: (0922) 23-33-58; 23-25-75 WWW: hliv://freme. vpti.vladimir.ru