Распространение свойств сети Петри на вычислительную модель анализа результатов телеизмерений

У

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Распространение свойств сети Петри на вычислительную модель анализа результатов телеизмерений

Раскрывается понятие оперативности и своевременности получения результатов анализа телеизмерений объектов ракетно-космической техники. Ставится вопрос создания информационных систем, реализующих анализ технического состояния бортовых систем объектов ракетно-космической техники в реальном масштабе времени (или близком к нему). Приводится обоснование возможности использования сетей Петри для формирования вычислительной модели анализа. Подробно рассмотрены основные свойства сетей Петри, такие как безопасность сети (количество фишек в одной позиции не превышает единицу), ограниченность (ограниченности некоторым положительным числом п максимального числа фишек в каждой позиции), сохранение (постоянстве суммы фишек во всех позициях сети), активность (отсутствии сети при функционировании тупиков), достижимость (возможности из текущей маркировки достичь требуемую), покрываемость (существование маркировки, промежуточной относительно начальной и некоторой заданной), эквивалентность (порождение одинаковых маркировок при различном количестве срабатываемых переходов), устойчивость (отсутствие позиций и переходов, не участвующих в функционировании сети при достижении требуемой маркировки из начальной). Приведено их распространение на вычислительные модели анализа результатов телеизмерений. Показаны важность и необходимость определения данных свойств при создании информационной системы анализа на основе вычислительной модели. Приведены показатели эффективности анализа, которые оцениваются по значениям описанных свойств.

Ключевые слова: анализ результатов телеизмерений, информационная система, реальный масштаб времени, сети Петри, вычислительная модель, анализ технического состояния.

Шмелёв В.В.,

Старший преподаватель кафедры технологий и средств комплексной обработки и передачи информации в АСУ (войсками) Военно-космической академии им. АФ.Можайского, к.т.н., valya_1976@mail.ru

Самойлов Е.Б.,

Старший преподаватель кафедры технологий и средств комплексной обработки и передачи информации в АСУ (войсками) Военно-космической академии им.АФ.Можайского, к.т.н., 89602339855@mail.ru

Нездоровин Н.В.,

Начальник отдела военного института (научно-исследовательского) Военно-космической академии им. АФ.Можайского, к.т.н.

Современный этап развития информационных систем анализа результатов телеизмерений объектов ракетно-космической техники (РКТ) характеризуется возрастанием важности своевременного получения результатов анализа [1]. При этом понятие своевременности постепенно трансформируется в понятие оперативности, т.е. необходимости получения результатов анализа телеизмерений и предложений по управлению объектом РКТ не к определенному моменту времени, а в максимально сжатые сроки.

Анализ результатов телеизмерений с целью определения вида технического состояния телеметрируемого объекта РКТ (далее — процесс анализа) обладает максимальной опера-

88

тивностью, если получение и обработка входной информации и формирование результата происходит в масштабе реального времени (или близком к нему) [2]. Необходимым условием успешного создания информационной системы, реализующей такой процесс, является использование адекватного указанному требованию инструмента моделирования будущего процесса. Одним из таких инструментов является математическая модель сетей Петри.

При использовании данного подхода вычислительная модель анализа результатов телеизмерений представляет собой сеть, вершинами которой являются переменные, дугами — связи между переменными [3]. В таком представлении анализ телеизмерений заключается в получении, расчете, сравнении с эталонами множества значений переменных, находящихся в вершинах сети. Использование именно вычислительных моделей для решения задачи анализа результатов телеизмерений является актуальным и перспективным направлением в разработке информационных систем для обеспечения космической деятельности [1].

Рассмотрим причины, позволяющие сделать вывод об эффективности моделирования с помощью сетей Петри организации анализа телеизмерений.

1. Сетевая организация и сетей Петри, и вычислительных моделей анализа позволяет их корректно совместить, благодаря чему с минимумом доработок можно использовать современный инструмент моделирования, доказавший свою эффективность [1].

2. Изученные свойства [4, 5] сетей Петри могут быть распространены на вычислительные модели, благодаря этому аналоги данных свойств могут быть открыты и использованы для совершенствования анализа.

3. Возможность моделирования с использованием сетей Петри параллельных процессов позволяет значительно повысить оперативность анализа.

Далее более подробно рассмотрим свойства сетей Петри.

1. Безопасность сети заключается в том, что количество фишек в каждой позиции не превышает единицы. При анализе результатов телеизмерений в вычислительной модели данное свойство трансформируется в использование только один раз измеряемых значений телеметрируемого параметра (ТМП). Здесь под использованием значения может пониматься одна или несколько процедур из следующего списка: измерение значения параметра, извлечение значения параметра из группового телеметрического сигнала, обработка значения, вычисление значения (для вычисляемых ТМП). Данное свойство может быть использовано для контроля эффективности ресурсоемкости анализа телеизмерений, т.е. установления того факта, что все необходимые результаты телеизмерений измеряются (вычисляются для вычислимых ТМП) только один раз.

Очевидно, что выполнение свойства безопасности для вычислительной модели анализа телеизмерений является абстракцией, никогда не достижимой на практике.

T-Comm #6-2013

Л

т

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

2. Более реальным для выполнения является свойство ограниченности, заключающееся для сетей Петри в ограниченности некоторым положительным числом n максимального числа фишек в каждой позиции. При анализе результатов телеизмерений данное свойство трансформируется в требование ограничения количества хранящихся в памяти значений результатов телеизмерений. Значение данного свойства характеризует задержку получения результата при рекурсивных процедурах обработки. В этом случае задержка должна быть минимально возможной для удовлетворения требованиям по качеству получаемого результата.

3. Сохранение заключается в постоянстве суммы фишек во всех позициях сети. Для вычислительной модели анализа результатов телеизмерений данное свойство можно интерпретировать как постоянство времени анализа одинаковых по мощности пакетов телеизмерений.

Безопасность, ограниченность и сохранение относятся к ресурсным свойствам сети и характеризуют емкость процесса анализа по памяти, времени и мощности процессора ЭВМ.

4. Активность заключается в отсутствии сети при функционировании тупиков. При анализе телеизмерений данное свойство требует отсутствия такой совокупности значений измеряемых и вычисляемых ТМП, по которой невозможно будет принять решение о виде технического состояния наблюдаемого объекта РКТ. Данное свойство достигается полным охватом всех возможных вариантов значений совокупности ТМП при формировании множества видов технических состояний.

5. Достижимость заключающется в существовании такой последовательности срабатывания переходов сети, по результатам которой из текущей маркировки возможно достичь требуемую. Для задачи анализа телеизмерений наличие данного свойства аналогично решению задачи наблюдаемости [2]. В техническом анализе достижимость можно представить как организацию процесса анализа телеизмерений,

по результатам которой возможно отнесение наблюдаемого объекта РКТ к любому из предполагаемых видов технического состояния.

Свойства активности и достижимости являются связанными, так как обеспечивают, с одной стороны, наличие решения при любой совокупности значений телеизмерений, с другой стороны, для любого возможного решения обеспечивают возможность получения соответствующей совокупности значений телеизмерений.

6. Покрываемость заключается в существовании маркировки, промежуточной относительно начальной и некоторой заданной. Если сопоставить каждый вариант совокупности значений переменных вычислительной модели некоторому техническому состоянию, то для анализа телеизмерений наличие данного свойства означает наличие промежуточного варианта технического состояния наблюдаемого объекта РКТ. Использовать покрываемость возможно для установления точности диагностирования объекта. Анализ его важен с учетом фактической непрерывности подавляющего большинства и измеряемых, и вычисляемых переменных.

7. Эквивалентность заключается в порождении сетью одинаковых маркировок при различном количестве срабатываемых переходов, или одинаковых последовательностей срабатываемых переходов при различном количестве задействоваемых позиций. Как и для сетей Петри, так и для вычислительных моделей данное свойство формируется соображениями оптимизации сети, где под оптимизацией сети понимается ее изменение при сохранении важных характеристик (например, последовательности маркировок или подмаркировок, количества срабатываемых переходов).

Непосредственно для вычислительной модели анализа телеизмерений данное свойство позволяет провести оптимизацию процесса анализа, когда вид технического состояния через соответствующую совокупность переменных будет определен с более оптимальными значениями показателей эффективности: оперативности, до-

стоверности или ресурсоемкости.

8. Под устойчивостью (живость) понимается отсутствие позиций и переходов, не участвующих в функционировании сети при достижении требуемой маркировки из начальной. Для анализа телеизмерений данное свойство заключается в анализе обязательно всех доступных измеряемых и вычисляемых параметров. Использовать данное свойство необходимо для определения целесообразности измерения и вычисления ТМП и переменных, которые не используются при определении вида технического состояния наблюдаемого объекта РКТ.

Дальнейшие исследования целесообразно сосредоточить на формализации свойств сетей Петри в приложении к вычислительным моделям, а также на формировании алгоритмов изменения структуры моделей с целью оптимизации данных свойств.

Литература

1. Майданович О.В. Теория и практика построения автоматизированных систем мониторинга технического состояния космических средств. / О.В. Майданович, М.Ю. Охтилев, В.А Каргин и др. / Под ред. О. В. Майдановича - СПб.: ВКА, 2011.

2. Калинин В.Н. Теория систем и оптимального управления. Часть 1. Основные понятия, математические модели и методы анализа систем / В.Н Калинин,. Б.А Резников, Е.И Варакин — Л.: ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1989.

3. Охтилев М.Ю. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов / М.Ю. Охтилев, Б.В. Соколов, РМ. Юсупов — М.: Наука, 2006.

4. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем / Питерсон Дж. — М.: Мир, 1984.

5. Котов В.Е. Сети Петри / В.Е. Котов. — М.: Наука, 1984.

6. Актуальные вопросы автоматизированной обработки и анализа информационных процессов. Учебное пособие — МО РФ, 1992. телеметрический telemetry measurement измерение

Spreading the characteristics of Petri net on computing model of analysis of telemetry measurement results

V.V. Shmelev, E.B. Samoylov, N.N. Nezdorovin

Abstract

In the article is revealed notion operative and timeliness of getting the results of the analysis of telemetry measurement objects a racket-cosmic technology (technicians). Put question of making the information systems, realizing analysis of technical condition of on-board systems of objects a racket-cosmic technology (technicians) in the real scale of time (or close to him). Happens to a motivation of possibility of using the Petri net for shaping computing analysis models. In detail considered main characteristics of Petri net, such as safety to network (amount an counters in one positions does not exceed an unit), insufficiency (insufficiency some positive number n maximum number an counters in each positions), conservation (constancy of amount an counters in all positions to network), activity (absence to network at the operation of dead ends), reachability (possibility from current marking to reach required), coverage (e^stence of marking, intermediate comparatively initial and certain given), equivalence (product of alike marking under the different amount of operating transition), stability (absence of positions and transition, not participating in the operation to network at the achievement of required marking from initial). Brought their spreading on computing models of analysis of telemetry measurement results. Shown importance and need of determination given characteristics when making an information analysis system on the base computing models. Brought factors of efficiency of analysis, which are valued on values of described characteristics.

Keywords: analysis of telemetry measurement results, information system, real scale of time, Petri net, computing model, analysis of technical condition.

T-Comm #6-2013 89