Организация сбора оперативных данных в территориальной информационно-вычислительной системе

ОРГАНИЗАЦИЯ СБОРА ОПЕРАТИВНЫХ ДАННЫХ В ТЕРРИТОРИАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

О. В. Моисеев

Московский Государственный Технический Университет Гражданской Авиации, г. Москва, Россия

Действующая в стране схема подачи и обработки планов полетов и сообщений по их обновлению характеризуется рядом недостатков. Эксплуатант разрабатывает план полета, подает его в аэродромный диспетчерский пункт (АДП), определяет адреса рассылки в органы обслуживания воздушного движения (ОВД) по маршруту. АДП нужна полная информация об аэронавигационной инфраструктуре на всю глубину полета, что практически неосуществимо для всех АДП мира. После подачи плана в АДП командир воздушного судна (ВС) производит вылет даже в том случае, если план составлен с ошибками, не дошел до нужных адресатов, не учитывает текущую обстановку. Возникающие проблемы решаются органами ОВД уже во время полета.

Можно выделить явные недостатки такой схемы использования воздушного пространства (ИВП). В ЕС ОрВД не поступает значительная доля сообщений о движении ВС, что затрудняет реализацию разрешительного порядка ИВП РФ. Вследствие ошибок адресации сообщения поступают в органы ОВД, не привлекаемые подаваемым планом полета, где также подлежат обработке. В органы ОВД, затрагиваемые полетом, нередко поступают телеграммы неудовлетворительного качества, требующие ручной обработки. При этом отсутствует механизм воздействия центров ЕС ОрВД на составителей для достижения корректности, полноты и своевременности планов.

Для эффективного ИВП необходимо заранее планировать ВД, с многоступенчатым подходом. Функции нижней ступени - подача плана полета в АДП вылета - рассмотрена выше. Если указанный в заявке маршрут ограничен пределами зоны аэродрома, то решение о его включении в сводный план принимает диспетчер АДП. В противном случае необходимо согласование с группой организации потоков РЦ, на территории которого размещен аэродром вылета, т. е. второй ступени планирования. Если маршрут затрагивает территорию более одного РЦ, тогда в процесс согласования включается ЗЦ - тре-

тья ступень, если несколько ЗЦ, координацию новой заявки выполняет ЦСОПП как верхний уровень иерархии. Предполагается, что ЦСОПП дает следующие преимущества:

- централизация позволяет подавать плановые сообщения в единственный адрес, что практически исключает ошибки адресации;

- устанавливается обратная связь: если план не содержит ошибок, то он принимается, при наличии незначительных ошибок ЦСОПП редактирует их и прилагает исправленный план в ответное сообщение; при этом податель имеет право не согласиться с изменениями и представить новый план полета;

- централизация гарантирует, что после принятия плана все сообщения о движении будут в установленные сроки направлены в необходимые адреса по маршруту;

- повышается качество, целостность и непротиворечивость плановой информации, поступающей в органы ОВД.

Однако стоит отметить, что реализация концепции ЦСОПП выдвигает ряд проблем. В частности, централизация в масштабах страны требует, чтобы сообщения сначала направлялись в центр ЕС ОрВД, а оттуда в органы ОВД, затрагиваемые маршрутом. Соответственно увеличивается нагрузка на средства связи. Возникает вопрос о пропускной способности центра. Требуется разработка нового программного обеспечения и повышение ответственности пользователей ВП, в том числе иностранных, за выдерживание правильной последовательности сообщений о движении ВС, их своевременность и качество.

Возникает актуальная научная задача исследования характеристик обслуживания сообщений, поступающих в ЦСОПП (вероятность потери сообщений, время ожидания и т. д.). Анализируя поток сообщений, который образуется при внедрении этой службы, можно оценить требования к аппаратным средствам обслуживания, определить области изменения параметров системы, при которых внедрение ЦСОПП в России окажется оправданным.

Таким образом, можно выделить основные задачи работы: анализ структуры потока

сообщений, поступающих в ЦСОПП и определение зависимости характеристик обслуживания от параметров системы, нахождение областей изменения этих параметров, при которых внедрение ЦСОПП становится целесообразным.

Традиционным инструментом анализа пропускной способности сетей связи является математический аппарат теории очередей [2]. Его использование правомерно, если исследуемая система отвечает ряду ограничений, накладываемых как на ее структуру, так и на параметры входного потока и дисциплину обслуживания. В общепринятых терминах ЦСОПП представляет собой многоканальную систему массового обслуживания с ограниченной очередью и относительным приоритетом [3]. Но в авиационной сети циркулируют телеграммы различной приоритетности, определяемой характеристикой «серия срочности». Входной поток не является однородным, а граф переходов и состояний СМО нельзя отобразить классической цепью Маркова со связями только между соседними сообщающимися состояниями, что затрудняет создание модели в целом.

В ряде случаев [1] анализ систем с приоритетами удается свести к известным математическим схемам. Результаты в виде рекуррентных соотношений и итерационных процедур позволяют выразить вероятность любого состояния СМО через предшествующие. Стационарные распределения описываются системой алгебраических уравнений конечного порядка. Используя специфическую структуру этой системы матрицы, можно получать искомые распределения. Однако алгоритмические и расчетные схемы настолько громоздки, что их применение ограничено самыми простыми случаями. Количество уравнений связано с числом входных потоков показательной зависимостью.

Развиваются эвристические модели, основанные на умении своих создателей выделить доминирующие закономерности исследуемого процесса и отвлечься от второстепенных связей и отношений. С этой целью вводятся дополнительные ограничения, сужающие область взаимного влияния различных системных факторов и позволяющие упростить их анализ.

Рассмотрим с этих позиций одну из самых распространенных дисциплин приоритетного обслуживания с приемом поступающих заявок на ИВП в общий буферный нако-

питель (БН) объемом на г мест для ожидания. Основные закономерности проследим на двухприоритетной одноканальной модели, а затем распространим полученный результат на общий случай.

Пусть на вход СМО поступают два потока заявок с интенсивностями АЛ и XI соответственно. Заявки первого типа обслуживаются с относительным приоритетом. Это означает, что если в момент поступления такой заявки уже производится обработка менее приоритетной заявки, то прерывания последней не происходит и она удовлетворяется. Лишь после этого единственный канал системы занимает заявка более высокого уровня приоритетности. Выбор каждой следующей заявки из БН на обслуживание осуществляется по правилу: сначала на обработку назначаются заявки высшего приоритета (ЗВП), и лишь при полном освобождении системы от них обслуживаются заявки низшего приоритета (ЗНП). Дисциплина приема в БН также основана на предпочтении ЗВП. В случае отсутствия в нем свободных мест поступающая ЗВП вытесняет из накопителя очереди ЗНП, последняя получает отказ в обслуживании и теряется. Отказ в приеме ЗВП возможен только в случае заполнения ими всего объема г БН.

Времена обслуживания распределены экспоненциально с параметрами ц1 и ц2 соответственно. Суммарная загрузка системы не превосходит единицы:

рЕ = р1 + р2 < 1; где р1 = АЛ/ц1; и р2 = А2/ц2.

Заметим, что на характеристики обслуживания ЗВП второй поток воздействует лишь созданием занятости канала, т. е. при назначении на обработку принадлежащих ему неприоритетных заявок. В этих случаях канал как бы исключается из контура СМО, переходя в состояние простоя для заявок первого типа. В любое другое время в распоряжение ЗВП предоставлен весь ресурс системы. Следовательно, существенным показателем, характеризующим процесс обслуживания, становится соотношение у значений Ті среднего времени обслуживания заявок разных потоков

у = Т2/Т1 = |х1/|х2.

Исследуя сформулированную модель, можно прийти к выводу, что ключевым событием в ней становится прием на обслуживание ЗНП в условиях отсутствия ЗВП в БН. Такое событие происходит с конечной веро-

ятностью. За время обслуживания одной ЗНП, среднее значение которого Т2 = 1/ц2, в БН образуется очередь ЗВП, ожидающих освобождения канала. Пусть в сеансе обслуживания одной ЗНП длина Ь1 накапливающейся очереди ЗВП не превосходит объема г БН. Тогда все поступившие приоритетные заявки могут быть размещены в нем хотя бы за счет вытеснения неприоритетных, и в стационарном режиме вероятность п1 потери таких заявок определяется лишь создаваемой этим потоком загрузкой р1 и полным объемом г БН.

Определение длины Ь1 очереди ЗВП составляет ядро развиваемого метода. Речь идет о вероятностных мерах оценки функционирования системы, вследствие чего используется мода или наиболее вероятное значение случайной величины Ь.

Дальнейший анализ описанной двухприоритетной модели выдвигает предположение о снижении эффективности приоритетного обслуживания в области больших у, где вероятности п1 и п2 потерь заявок обоих типов становились соизмеримыми и даже примерно равными. Эксперимент с пятью приоритетными потоками подтверждает выявленную формулами упорядоченность потерь заявок по возрастанию индексов потоков для произвольного значения обрабатывающих кана-

лов. Становится очевидным, что наилучшие условия обслуживания заявок всех потоков обеспечиваются в случае примерного равенства среднего времени Т их обработки, т. е. когда все у/ показатели стремятся к единице. Зависимости получены с достаточной степенью общности и могут использоваться для анализа приоритетных систем в широком классе задач сбора и обработки информации.

Литература

1. Бабаева С. И., Привалов А. А., Рудель-сон Л. Е. Элементы концепции централизованного планирования полетов // Изв. РАН. ТиСУ. 2005 № 5.

2. Бочаров П. П., Печинкин А. В. Теория массового обслуживания: учебник. М.: РУДН, 1995.

3. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Прикладные задачи теории вероятностей. М.: Радио и связь, 1983.

4. Конькова Е. Ю. Методы статистической обработки радиосигналов в задаче оценки деятельности диспетчера планирования // Научный вестник МГТУ ГА. Сер.: Радиотехника и радиофизика. 2005. № 93. С. 191-195.

5. Табель сообщений о движении воздушных судов в РФ (ТС ЕА-95). М.: Воздушный транспорт, 1997.