СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ И СВЯЗИ НА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ТЕРРИТОРИИ
MODELING TECHNIQUE OF MANAGEMENT AND COMMUNICATION PROCESSES IN DISTRIBUTED TERRITORY

Изобретение относится к области моделирования и может быть использовано при проектировании радиоэлектронных, технических систем для оценки показателей результативности их функционирования.
Толкование терминов, используемых в заявке.
Сеть связи - технологическая система, включающая в себя средства и линии связи и предназначенная для электросвязи (Федеральный закон "О связи". 8.07.2003. Принят Государственной Думой 18 июня 2003 года).
Линия связи - элемент системы связи, предназначенный для образования каналов и групповых трактов, имеющих общую среду распространения (Ломовицкий В.В., Михайлов А.И., Шестак К.В., Щекотихин В.М. Основы построения систем и сетей передачи информации. Учебное пособие для вузов. /Под ред. В.М. Щекотихина. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 382 с., с. 11).
Под распределенной сетью связи вышестоящей системы управления понимается:
- первичные сети связи, различающиеся используемой средой распространения сигнала и (или);
- развернутые на их базе вторичные сети связи, различающиеся реализуемым видом электросвязи (типом передаваемых сообщений, прикладной службой передачи данных) (Гаранин М.В. и др. Системы и сети передачи информации: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 2001. - 336 с., с. 13-19).
Единая сеть электросвязи (ЕСЭ) представляет собой совокупность технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, выделенных сетей, технологических сетей связи, присоединенных к ЕСЭ, сетей связи специального назначения и других сетей электросвязи для передачи информации при помощи электромагнитных систем (Ломовицкий В.В. Основы построения систем и сетей передачи информации / Ломовицкий В.В., Михайлов А.И., Шестак К.В., Щекотихин В.М. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 382 с., с. 160).
Известен способ моделирования процессов управления техническими средствами и система моделирования для его осуществления (патент РФ №2487387, G05B 17/00, опубл. 10.07.2013, бюл. №19). Способ заключается в моделировании на пунктах управления (ПУ) функций оценки эффективности воздействия технических средств на все объекты воздействия.
Наиболее близким по технической сущности для способа является способ моделирования процессов двухуровневого управления и система для его осуществления (варианты) (патент РФ №2507565, G06F 9/00, опубл. 20.02.2014, бюл. №5). Способ заключается в моделировании выполнения функций сбора, обработки, анализа данных об объектах воздействия, принятия решения на осуществление воздействия и оценки эффективности осуществления воздействия.
Данный способ был выбран за основу в качестве прототипа для заявленного способа.
Общим недостатком и аналога, и прототипа является низкая достоверность оценки моделируемых процессов из-за отсутствия имитации: развертывания и функционирования распределенной сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней, перемещения элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления (должностных лиц и мест их размещения и перемещения), использования вышестоящей системой управления телекоммуникационного ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ РФ, взаимодействия элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней с техническими средствами ПУ различных уровней управления.
Задачей изобретения является создание способа моделирования процессов управления и связи на распределенной территории, позволяющего повысить достоверность оценки моделируемых процессов за счет имитации: развертывания и функционирования распределенной сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней, перемещения элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления (должностных лиц и мест их размещения и перемещения), использования вышестоящей системой управления телекоммуникационного ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ РФ, взаимодействия элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней с техническими средствами ПУ различных уровней управления.
Задача решается тем, что в способ моделирования процессов управления и связи на распределенной территории, заключающийся в том, что моделируют процесс функционирования ПУ различных уровней, а именно моделируют сети связи ПУ различных уровней, моделируют основные процессы управления: сбор, обработку, анализ данных, передачу управляющих команд по линиям связи на ПУ нижестоящего, дополнительно введены следующие действия: моделируют развертывание распределенной сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней, при этом моделируют: топологию сети связи, количество узлов и линий связи вышестоящей системы управления, количество точек доступа к узлам связи ПУ и ЕСЭ, функционирование точек доступа, количество объектов органов вышестоящего управления, моделируют перемещение элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления, при этом моделируют измерение изменяемых координат элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней, моделируют измерение изменяемых координат объектов органов вышестоящего управления, моделируют выбор координат района развертывания перемещаемого элемента (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления, моделируют время перемещения элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления от одного положения к другому, моделируют перемещение элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления от одного положения к другому, моделируют использование вышестоящей системой управления телекоммуникационного ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ, при этом моделируют необходимые способы привязки к узлам связи ПУ и ЕСЭ с учетом существующего количества точек доступа и среднего времени их функционирования, моделируют определение используемого ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ, моделируют прогнозирование состояния ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ с учетом с учетом динамики перемещения элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления от одного положения к другому, моделируют сравнение спрогнозированного ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ с требуемым на определенный промежуток времени для обеспечения требуемого объема телекоммуникационного ресурса моделируемой распределенной сети связи вышестоящей системы управления, моделируют применение сформированной распределенной сети связи вышестоящей системы управления по назначению, в случае необходимости, моделируют изменение структуры системы связи, моделируют процесс взаимодействия элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней с техническими средствами ПУ различных уровней управления, при этом моделируют формирование управляющих команд объектов органов вышестоящего управления по линиям связи на ПУ различных уровней управления на применение технических средств на ПУ различных уровней управления, моделируют передачу управляющих команд на проведение мероприятий по противодействию: разведки злоумышленника, подавлению технических средств и всестороннего воздействия на технические средства сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления, моделируют процессы маскировки и защиты от подавления и всестороннего воздействия, моделируют доклад о выполнении управляющих команд, производят остановку процесса моделирования.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного способа, отсутствуют. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие данный способ.
Заявленный способ поясняется фиг. 1.
На фиг. 1 показана схема моделирующего алгоритма распределенной сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней.
Реализовать заявленный способ можно в виде моделирующего алгоритма распределенной сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней, представленного на фиг. 1.
В блоке 1 задают (вводят) исходные данные, необходимые для развертывания сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней, а именно: количество узлов связи - [2…S], количество линий связи с учетом узлов связи ПУ и ЕСЭ - [1…М], количество точек доступа к узлам связи ПУ и ЕСЭ - [1…m], среднее время функционирования точек доступа узлов связи ПУ и ЕСЭ - , количество объектов органов вышестоящего управления - [1…n].
Структурно-топологическое построение сети связи и входящих в ее состав элементов предполагает ее представление количественными показателями через соответствующие параметры, а также описание состава, конфигурации и взаимосвязи отдельных элементов (Основы построения систем и сетей передачи информации. Учебное пособие для вузов / Ломовицкий В.В., Михайлов А.И., Шестак К.В., Щекотихин В.М. /Под. ред. В.М. Щекотихина. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 382 с., с. 57).
В блоке 2 моделируют топологию распределенной сети связи вышестоящей системы управления. При этом топология размещения элементов сети связи представлена с учетом нескольких N групп элементов. Для каждой группы элементов осуществляется генерация координат районов их размещения.
Первую группу составляют элементы сети связи, местоположения которых ограничены районами нахождения объектов органов вышестоящего управления. Представление их координат обеспечивается с помощью соотношений
где ,  - координаты элемента сети связи соответственно по осям X и Y;
,  - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента сети связи от места нахождения объекта (объектов) органов вышестоящего управления по оси Х с учетом воздействующих факторов;
,  - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента сети связи от места нахождения объекта (объектов) органов вышестоящего управления по оси Y с учетом воздействующих факторов;
0,1
D - случайное число, распределенное на интервале (0,1), получаемое с помощью датчика случайных чисел.
Ко второй группе относятся элементы сети связи, координаты которых зависят от положения элементов сети связи первой группы. Имитация их районов размещения осуществляется с помощью выражений
где ,  - координаты района развертывания элемента сети связи первой группы;
,  - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента сети связи второй группы от элемента сети связи первой группы по оси X;
,  - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента сети связи второй группы от элемента сети связи первой группы по оси Y;
α - угол, определяющий местоположение элемента сети связи второй группы относительно элемента сети связи первой группы.
Третью группу составляют элементы сети связи, местоположение которых коррелированно с координатами элементов сети связи второй группы.
N-ю группу составляют элементы сети связи, местоположение которых коррелированно с координатами элементов сети связи (N-1)-й группы. Имитация их районов размещения осуществляется с помощью выражений
где ,  - координаты района развертывания элемента сети связи (N-1)-й группы;
,  - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента сети связи N-й группы от элемента сети связи (N-1)-й группы по оси Х;
,  - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента сети связи N-й группы от элемента сети связи (N-1)-й группы по оси Y;
β - угол, определяющий местоположение элемента сети связи N-й группы относительно элемента сети связи (N-1)-й группы.
Имитация координат размещения элементов сети связи всех групп осуществляется последовательно от групп с наименьшими номерами к группам с наибольшими номерами в порядке возрастания.
Структуры моделируемых сетей связи могут быть смоделированы с помощью имитаторов формальных математических моделей каналов связи, основанных на аппарате системных функций (Галкин А.П. и др. Моделирование каналов систем связи. - М.: Связь, 1979. - 96 с., с. 40-52).
В блоке 3 моделируют перемещение элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления, при этом:
в блоке 3.1 моделируют измерение изменяемых координат элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней.
сс
cc
аб
аб
Исходными данными для измерения изменяемых координат элементов сети связи Х и Y (объектов органов вышестоящего управления Х и Y) являются параметры движения: скорость движения элемента сети связи (скорость перемещения объектов органов вышестоящего управления) - ν; курсовой угол Θ движения элемента системы связи (объектов органов вышестоящего управления), либо проекции вектора скорости
Измерение изменяемых координат элементов системы связи производится по следующим формулам:
где t - время перемещения элемента сети связи;
и  - координаты последнего места размещения элемента сети связи.
Измерение изменяемых координат объектов органов вышестоящего управления.
Расчет изменяемых координат для объектов органов вышестоящего управления производится по следующим формулам:
0
где t - время начала перемещения объектов органов вышестоящего управления;
,  - координаты начального местоположения объектов органов вышестоящего управления.
0
где t - время начала перемещения объектов органов вышестоящего управления;
,  - координаты начального местоположения объектов органов вышестоящего управления.
В блоке 3.2 моделируют выбор координат района развертывания перемещаемого элемента (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления.
Процедура выбора координат района развертывания перемещаемого элемента (объектов органов вышестоящего управления) системы связи носит итерационный характер. Правило останова процедуры выбора координат использует критерий
крi,j
где R - территориальный разнос между i-м положением перемещаемого элемента (объекта органов вышестоящего управления) системы связи и j-м положением взаимодействующих с этим элементом (объектом органов вышестоящего управления) системы связи других элементов (объектов органов вышестоящего управления);
max
R - максимально возможный территориальный разнос;
обсл
t - время своевременности обслуживания объектов органов вышестоящего управления;
- требуемое время своевременности обслуживания объектов органов вышестоящего управления.
В блоке 3.3 моделируют время перемещения элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления от одного положения к другому и перемещение элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления от одного положения к другому
Имитация значения времени перемещения элемента сети связи (объекта органов вышестоящего управления) от одного положения к другому осуществляется по формуле
cp
где t - среднее значение времени перемещения элемента (объекта органов вышестоящего управления) сети связи от одного положения к другому.
В блоке 4 моделируют необходимые способы привязки к узлам связи ПУ и ЕСЭ с учетом существующего количества точек доступа - m и среднего времени их функционирования - . (Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. Том 1. Современные технологии / Под ред. профессора В.П. Шувалова. - М.: Горячая линия, 2004. - 647 с.).
В блоке 5 моделируют определение используемого ресурса системы связи ПУ различных уровней и ЕСЭ. Одним из основных показателей ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ является пропускная способность. Требования к пропускной способности узла и линии связи задаются количеством сообщений (λ) определенного объема (V) для различных видов связи, которые необходимо передать на каждом из направлений связи с учетом требований по своевременности обслуживания органов вышестоящего управления (Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. Том 1. Современные технологии / Под ред. профессора В.П. Шувалова. - М.: Горячая линия, 2004. - 647 с.).
В блоке 6 моделируют прогнозирование состояния ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ с учетом динамики перемещения элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления от одного положения к другому.
Прогнозирование состояния ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ проводится на основе совокупности измеренных специализированными программами контроля параметров передаваемого по каналам связи и цифровым трактам телекоммуникационного трафика. При этом техническая реализация процесса прогнозирования известна в виде технических устройств из широкого круга технической литературы (Бестужев-Лада И.В. Рабочая книга по прогнозированию. - М.: Мысль, 1982. - 430 с., с. 281-293. Чуев Ю.В., Михайлов Ю.Б. Прогнозирование в военном деле. - М.: Воениздат, 1975. 279 с., с. 137-271), (Клюев В.В. и др. Технические средства диагностирования: Справочник /Под общ. ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1989. - 672 с., с. 158-160).
min
треб
усл
треб
пред. усл
треб
(перемещ. ООВУ)
В блоке 7 моделируют сравнение спрогнозированного ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ с требуемым на определенный промежуток времени t+Δt для обеспечения требуемого объема телекоммуникационного ресурса моделируемой распределенной сети связи вышестоящей системы управления - V≥V, необходимого набора предоставляемых телекоммуникационных N≥N и определенного времени их предоставления - T≤T.
Телекоммуникационные услуги включают услуги магистральных транспортных сетей и высокоскоростных сетей передачи данных, услуги сетей передачи данных, услуги мобильной связи. Эти услуги обеспечивают передачу между абонентами различных видов информации (речь, данные, видеоизображения и т.п.), сопряжение между разнотипным оконечным оборудованием, сервисное обслуживание пользователей (Битнер В.И. Нормирование качества телекоммуникационных услуг: Учебное пособие. / Под ред. профессора В.П. Шувалова, Битнер В.И., Попов Г.Н. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 312 с.).
В случае, если спрогнозированного ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ недостаточно для устойчивого функционирования построенной (сформированной) распределенной сети связи и своевременного обеспечения объектов органов вышестоящего управления требуемым набором телекоммуникационных услуг, осуществляется возврат к блоку 2, где происходит имитация реконфигурации развертываемой сети связи, исходя их предъявляемых к ней требований.
Если же ресурса системы связи ПУ и ЕСЭ достаточно, то переходят к блоку 8, где осуществляется имитация применения развернутой (сформированной) распределенной сети связи по назначению (процесс функционирования).
В блоке 8 моделируют применение развернутой распределенной сети связи вышестоящей системы управления по назначению. При этом структура исследуемой сети связи рассматривается как совокупность {М} двухполюсных систем. Полюсами в двухполюсных системах, в нашем случае, являются объекты органов вышестоящего управления (Иванов Е.В. Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. - СПб.: ВАС, 1992. - 206 с., с. 125).
В блоке 9 моделируют процесс взаимодействия элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней с техническими средствами ПУ различных уровней управления, при этом:
- моделируют формирование управляющих команд объектов органов вышестоящего управления по линиям связи на ПУ различных уровней управления на применение технических средств на ПУ различных уровней управления (Карпов Е.А. и др. Основы теории управления в системах военного назначения. Часть 1. Учебное пособие. / Под ред. А.Ю. Рунеева и И.В. Котенко. - СПб.: ВУС, 2000. - 194 с., с. 20-22);
- моделируют передачу управляющих команд на проведение мероприятий по противодействию: разведки злоумышленника, подавлению технических средств и всестороннего воздействия на технические средства сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления (Величко В.В., Субботин Е.А., Шувалов В.П., Ярославцев А.Ф. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3-х томах. Том 3. - Мультисервисные сети. / Под ред. профессора В.П. Шувалова. - 2-е изд., стереотип. - М.: Горячая линия-телеком, 2015. - 592 с., с. 229-255), (Гаранин М.В. и др. Системы и сети передачи информации: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 2001. - 336 с., с. 11-12);
- моделируют процессы маскировки и защиты от подавления и всестороннего воздействия (Меньшаков Ю.К. Защита объектов и информации от технических средств разведки. - М.: Российск. гос. гуманит. ун-т. - 2002, 399 с., с. 20-25);
- моделируют доклад о выполнении управляющих команд (Величко В.В., Субботин Е.А., Шувалов В.П., Ярославцев А.Ф. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 томах. Том 3. - Мультисервисные сети. / Под ред. профессора В.П. Шувалова. - 2-е изд., стереотип. - М.: Горячая линия - Телеком, 2015. - 592 с., с. 229-255), (Гаранин М.В. и др. Системы и сети передачи информации: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 2001. - 336 с., с. 11-12).
В блоке 10 моделируют основные процессы управления: сбор, обработка, анализ данных о интенсивности и продолжительности предоставления телекоммуникационных услуг объектам органов вышестоящего управления (Карпов Е.А. и др. Основы теории управления в системах военного назначения. Часть 1. Учебное пособие. / Под ред. А.Ю. Рунеева и И.В. Котенко. - СПб.: ВУС, 2000. - 194 с., с. 27-28), (Карпов Е.А. и др. Основы теории управления в системах военного назначения. Часть 1. Учебное пособие. / Под ред. А.Ю. Рунеева и И.В. Котенко. - СПб.: ВУС, 2000. - 158 с., с. 12-17).
усл. перем
ООВУ
треб.
усл.
перем.
ООВУ
В блоке 11 моделируют оценку удовлетворения объектов органов вышестоящего управления телекоммуникационными услугами при их перемещении - N≥N. В случае, если объекты органов вышестоящего управления не удовлетворены требуемым набором телекоммуникационных услуг, осуществляется возврат к блоку 2, где происходит имитация реконфигурации развертываемой сети связи, исходя их предъявляемых к ней требований.
Если же объекты органов вышестоящего управления удовлетворены требуемым набором телекоммуникационных услуг, то переходят к блоку 12, где производят остановку процесса моделирования.
Оценка эффективности предлагаемого способа проводилась путем сравнения достоверности оценки полученных результатов при моделировании функций управления для способа-прототипа и при моделировании функций управления для предлагаемого способа.
Из формулы 11.8.6 (Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит. - 1988, 480 с., с. 463)
где Ф - функция Лапласа;
N - количество моделируемых событий;
ош
p - реальное значение оценки;
- требуемое значение оценки;
ε - величина доверительного интервала,
определим достоверность результатов моделирования процессов управления и связи на распределенной территории в интересах объектов органов вышестоящего управления, принимая
Перейдем от функции Лапласа к ее аргументу (Иванов Е.В. Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. - СПб.: ВАС, 1992, 206 с., с. 14)
Тогда:
ош
Для случая, когда р;  вычислить не удается, можно воспользоваться упрощенной формулой для наихудшего случая . Тогда:
Определим  и , принимая ε=0,05, а N=4 для прототипа при моделировании: а) сети связи ПУ различных уровней, б) сбора данных, в) обработки данных, г) анализа данных, д) передачи управляющих команд по линиям связи на ПУ нижестоящего уровня процесса формирования структуры сети связи и N=6 для предлагаемого способа при моделировании: а) процесса формирования распределенной сети связи, б) процесса развертывания топологии распределенной сети связи, в) изменений структур распределенных сетей связи, г) перемещения элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней и объектов органов вышестоящего управления, д) прогнозирования телекоммуникационного ресурса, е) применения развернутой распределенной сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней, ж) процесса взаимодействия элементов (узлов связи) сети связи вышестоящей системы управления на ПУ различных уровней с техническими средствами ПУ различных уровней управления
Оценка эффективности заявленного способа:
Таким образом, решается задача изобретения.