УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПЛАНА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ В МНОГОПОЛЮСНОЙ СЕТИ СВЯЗИ Российский патент 2004 года по МПК G06G7/122 

Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при создании специализированных вычислительных устройств, осуществляющих определение оптимального плана распределения каналов передачи в многополюсных сетях связи.

Известно "Устройство для моделирования задачи распределения потоков в многополюсной сети" [1], содержащее соединенные согласно топологии исследуемой сети модели ветвей, а также блок индикации максимума, распределитель, источники тока и управляемые ключи, причем каждая модель ветви представляет собой соединенные последовательно диод, регулируемый источник ЭДС и измерительно-вычислительный блок. К основным недостаткам этого устройства относятся значительная сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества различных составных элементов, большие затраты времени решения задачи, определяемые последовательным выполнением ряда машинно-ручных операций, и малые функциональные возможности.

Известно "Моделирующее устройство для решения задачи оптимального распределения потоков в многополюсной сети" [2], содержащее соединенные согласно топологии исследуемой сети модели ветвей, а также источники тока, управляемые ключи и распределитель, при этом каждая модель ветви содержит соединенные последовательно диод и функциональный преобразователь. Основными недостатками этого устpойcтвa также являются значительная сложность конструкции, обусловленная наличием функциональных преобразователей и распределителей, большие затраты времени и низкая точность получаемых результатов вследствие поочередного подключения источников тока к конечным парам узловых точек и измерения при этом величины токов в моделях ветвей с последующей обработкой результатов измерений.

За прототип данного изобретения принято "Моделирующее устройство для решения задачи оптимального распределения потоков в многополюсной сети" [3], содержащее модели ветвей, каждая из которых имеет количество пар выводов по количеству одновременно распределяемых потоков, при этом взаимное соединение моделей ветвей согласно топологии исследуемой сети осуществляется посредством выводов каждой их пары раздельно, образуя тем самым соответствующее количество взаимосвязанных параллельных контуров, и регулируемые источники тока, подключаемые к соответствующим парам узловых точек контуров по одному на каждый контур.

Принцип действия устройства-прототипа заключается в одновременном распределении по его элементам электрических токов, генерируемых источниками тока, соответствующем оптимальному распределению моделируемых потоков, и фиксировании величины токов, протекающих по каждой ветви каждого контура.

Одним из недостатков устройства-прототипа является ограниченность функциональных возможностей. Так, с его помощью невозможно определить оптимальный план распределения каналов передачи.

Основными отличиями плана распределения каналов от плана распределения потоков являются дискретность результатов распределения и особенности влияния на них наличия промежуточных (транзитных) узлов связи.

Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в обеспечении определения оптимального плана распределения каналов передачи в многополюсной сети связи.

Указанная цель в заявляемом устройстве достигается благодаря дополнительному введению в состав каждого контура многоконтактных выключателей по количеству узловых точек, количество контактов каждого из которых определяется количеством инцидентных ветвей соответствующей узловой точки, а в состав каждой ветви каждого контура - подстроечного регулируемого ограничителя тока по максимуму и двух резисторов при соответствующей схеме соединения их между собой и с другими элементами устройства.

Сопоставительный анализ с устройством-прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительных элементов при соответствующем схемном решении. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого устройства с другими аналогичными техническими решениями показывает, что наличие в подобных устройствах моделей ветвей, каждая из которых содержит диодные мостики, переменный резистор и регулируемый ограничитель тока по максимуму, при этом однополярные выходные (внутренние) узловые точки всех диодных мостиков соединены друг с другом, образуя тем самым две узловые точки различной полярности, между которыми включены соединенные последовательно переменный резистор и регулируемый ограничитель тока по максимуму, а взаимное соединение моделей ветвей согласно топологии исследуемой сети осуществляется посредством выводов каждой их пары раздельно, образуя тем самым соответствующее количество взаимосвязанных параллельных контуров, в каждой ветви каждого контура имеется амперметр, соединенный последовательно с моделью ветви, и регулируемых источников тока, подключаемых к соответствующим парам узловых точек контуров по одному на каждый контур, известно.

Однако благодаря тому, что в состав каждой ветви каждого контура дополнительно введены подстроечный регулируемый ограничитель тока по максимуму и два резистора, а в состав каждого контура введены дополнительно многоконтактные выключатели по количеству узловых точек контура, количество контактов каждого из которых определяется количеством инцидентных ветвей соответствующей узловой точки при соответствующем схемном соединении их между собой и с другими элементами устройства, появились новые свойства заявляемого устройства, проявляющиеся в возможности определения оптимального плана распределения каналов передачи в многополюсной сети связи. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На примере фрагмента исследуемой сети, состоящего из шести узловых точек - А, В, С, D, F и N и семи ветвей - АВ, ВС, CD, DF, FN, AN и BF, на чертеже приведена структурно-функциональная схема предлагаемого устройства для определения оптимального плана распределения каналов передачи в многополюсной сети связи.

На чертеже обозначено:

1 - модель ветви;

2 - амперметр;

3 - регулируемый источник тока;

4 - диодный мостик;

5 - переменный резистор;

6 - регулируемый ограничитель тока по максимуму;

7 - подстроечный регулируемый ограничитель тока по максимуму;

8 - резистор;

9 - многоконтактный выключатель.

На примере ветви АВ изображена принципиальная схема модели ветви 1, идентичная для каждой ветви.

Применительно к диодным мостикам 4 будем использовать следующую терминологию.

Узловые точки диодного мостика, предназначенные для подключения к ним источника переменного напряжения, будем называть входными либо внешними узловыми точками диодного мостика.

Узловые точки диодного мостика, предназначенные для подключения к ним нагрузки (потребителя постоянного по направлению напряжения) будем называть выходными либо внутренними узловыми точками диодного мостика. Очевидно, что выходные узловые точки диодного мостика в отличие от входных узловых точек характеризуются определенной полярностью; выходные узловые точки диодных мостиков одинаковой полярности при их совместном описании будем называть однополярными, а различной полярности - разнополярными.

Под количеством требований на каналы передачи понимается количество пар конечных взаимодействующих узлов связи. Каждое требование на каналы передачи задается указанием пары номеров конечных узлов связи и количеством каналов передачи, подлежащих организации между этими узлами.

Согласно чертежу, каждая модель ветви 1 содержит диодные мостики 4 по количеству требований на каналы передачи, переменный резистор 5 и регулируемый ограничитель тока по максимуму 6. При этом однополярные внутренние узловые точки всех диодных мостиков 4 соединены между собой. Между образованными таким образом двумя узловыми точками разной полярности включены соединенные последовательно переменный резистор 5 и регулируемый ограничитель тока по максимуму 6. Внешние (входные) узловые точки каждого диодного мостика 4 являются соответствующими парами выводов модели ветви 1.

Взаимное соединение моделей ветвей 1 согласно топологии исследуемой сети осуществляется посредством выводов каждой их пары раздельно, образуя тем самым соответствующее количество взаимосвязанных параллельных контуров.

В каждой ветви каждого контура по обе стороны от последовательно соединенных между собой модели ветви 1, амперметра 2 и подстроечного регулируемого ограничителя тока по максимуму 7 последовательно с ними соединено по одному резистору 8. Соединение между собой вторых выводов резисторов 8, являющихся окончаниями инцидентных ветвей, образует соответствующую узловую точку соответствующего контура.

К каждой узловой точке каждого контура подключены объединенные между собой первые выводы всех контактов соответствующего многоконтактного выключателя 9, вторые выводы контактов которых соединены с первыми выводами соответствующих резисторов 8, вторые выводы которых взаимным соединением между собой образуют соответствующую узловую точку соответствующего контура, т.е. при нахождении в замкнутом состоянии контакты будут шунтировать соответствующие резисторы 8.

Регулируемые источники тока 3 подключаются к узловым точкам контуров, соответствующим конечным узлам связи каждого требования, по одному на каждый контур.

Работает предлагаемое устройство для определения оптимального плана распределения каналов передачи в многополюсной сети связи следующим образом.

Исходными данными для решения задачи определения оптимального плана распределения каналов передачи в многополюсной сети связи являются:

топология исследуемой многополюсной сети связи, согласно которой выполняется взаимное соединение моделей ветвей 1;

количество свободных исправных каналов передачи (канальная емкость) каждой ветви исследуемой многополюсной сети связи;

количество требований на каналы передачи, подлежащих одновременному удовлетворению;

требуемое количество каналов передачи и пара конечных узлов связи для каждого требования на каналы передачи.

На этапе подготовки устройства к работе необходимо выполнить следующие пять подготовительных операций:

1. В каждой модели ветви 1 на переменном резисторе 5 и регулируемом ограничителе тока по максимуму 6 установить значения сопротивления и максимально допустимого тока в соответствии с величиной канальной емкости данной ветви. При этом величина устанавливаемого сопротивления обратно пропорциональна, а величина максимально допустимого тока прямо пропорциональна значению канальной емкости ветви с соответствующими коэффициентами.

2. На всех подстроечных регулируемых ограничителях тока по максимуму 7 установить режим пропускания максимально возможного значения тока.

3. Подключить регулируемые источники тока 3 к заданным требованиями парам узловых точек по одному на каждый контур. В качестве примера на чертеже показано подключение регулируемых источников тока 3 к следующим трем парам узловых точек: А-С, A-D и C-F, что соответствует заданию трех требований на каналы передачи, конечными узлами связи которых являются узлы А и С, А и D, и С и F соответственно.

4. На каждой узловой точке каждого контура, к которой подключен вывод от регулируемого источника тока 3, посредством соответствующего многоконтактного выключателя 9 зашунтировать все принадлежащие ей резисторы 8.

5. На каждом регулируемом источнике тока 3 установить режим генерирования величины тока в соответствии с требуемым в исходных данных количеством каналов, подлежащих организации между соответствующей парой конечных узлов связи. Величина устанавливаемого тока должна быть прямо пропорциональна количеству требуемых каналов.

По выполнении перечисленных операций мгновенно установится протекание токов определенной величины по каждому из элементов устройства, определяемое взаимным расположением ветвей и конечных пар узловых точек исследуемой многополюсной сети связи, установленными величинами тока регулируемых источников тока 3, величинами сопротивления переменных резисторов 5, значениями максимально допустимого тока ограничителей тока по максимуму 6, а также наличием и величиной сопротивлений резисторов 8, эашунтированных в узловых точках, соответствующих конечным узлам связи, и незашунтированных в узловых точках, соответствующих промежуточным узлам связи.

Поскольку протекание токов по элементам любой сложно-разветвленной электрической цепи соответствует принципу наименьшего теплового расхода электроэнергии, то с учетом соответствующего коэффициента пропорциональности протекание токов по элементам данного устройства можно рассматривать как оптимальное распределение некоторых потоков по ветвям исследуемой многополюсной сети.

Назначение резисторов 8 и шунтирующих их в определенных узловых точках многоконтактных выключателей 9 заключается в обеспечении определения оптимального распределения каналов передачи по критерию наименьшего количества используемых каналов, согласно которому первоочередное предпочтение отдается путям с наименьшим количеством переприемов (промежуточных узлов).

Влияние резисторов 8 и многоконтактных выключателей 9 на распределение токов по элементам устройства покажем на следующем примере.

Рассмотрим фрагмент сети, для простоты иллюстрации состоящий всего лишь из трех узлов, назовем их К, L и М, и трех соединяющих их ветвей - KL, КМ и ML, при этом предположим, что ветвь KL имеет один свободный исправный канал передачи, т.е. V_k1=1, а ветви КМ и ML - по сто таких каналов, т.е. V_km=V_ml=100. Тогда исходя из изложенного выше положения, что величина сопротивления R_ij переменных резисторов 5 обратно пропорциональна канальной емкости V_ij соответствующей ветви IJ, т.е. R_ij=1/V_ij, величина сопротивления переменного резистора 5 ветви KL в относительных единицах, например в омах, будет равна R_kl = 1/V_kl = 1/1 = 1 Ом, а ветвей КМ и ML соответственно:

R_km = 1/V_km = 1/100 = 0,01 Ом,

R_ml = 1/V_ml = 1/100=0,01 Ом.

Пусть задано всего одно требование: организовать между узлами К и L один канал передачи.

Очевидно, что оптимальным вариантом удовлетворения данного требования будет использование единственного прямого канала ветви KL и при подключении регулируемого источника тока 3 к узловым точкам К и L следует рассчитывать на протекание по модели ветви KL тока большей величины, чем по составному пути KML. Однако в результате того, что сопротивление модели ветви K1 R_k1 - 1 Ом, а сопротивление R_km1 модели составной ветви KML:

R_kml-R_km+R_ml=0,01+0,01=0,2 Ом,

то величина тока потечет по моделям ветвей составного пути KML и принятое на этом основании решение не будет оптимальным.

Предотвращение подобной ситуации как раз и обеспечивается благодаря применению резисторов 8 и шунтирующих их в конечных узловых точках многоконтактных выключателей 9. Так, обозначив сопротивление каждого резистора 8 как R_тр и приняв ее величину равной половине сопротивления R_ij модели ветви, канальная емкость V_ij которой составляет один канал, т.е. R_тр=0,5·1/V_ij=0,5·1/1=0,5 Ом, в рассматриваемом примере получим: R_kl=l/Vk1=1 Ом, a R_kml⁼ R_kw+R_ml+2·R_тр=1,02 Ом, т.е. даже при такой большой разнице в канальных емкостях ветвей большая часть тока потечет не по моделям ветвей составного пути KML, а по модели прямой ветви KL.

Наряду с соблюдением критерия оптимальности должна быть обеспечена и дискретность распределения.

Вполне очевидно, что в подавляющем большинстве случаев амперметры 2 первоначально будут показывать нецелочисленные значения величин протекающих через них токов.

В этих случаях оператор, использующий в своей работе предлагаемое устройство для определения оптимального распределения каналов передачи в многополюсной сети связи, должен действовать следующим образом. Сопоставляя показания всех амперметров 2, выбирает тот из них, который показывает наименьшее по сравнению с другими дробное значение величины тока, превышающее какое-либо целое значение. Так, например, из совокупности величин 2,9; 3,4; 4,1 и 7,5 выбирается амперметр, показывающий значение 4,1. После этого оператор посредством подстроечного регулируемого ограничителя тока по максимуму 7, соединенного последовательно с выбранным амперметром, устанавливает значение пропускаемого тока, соответствующее ближайшему целому значению, т.е. в данном случае 4,0. В результате этого произойдет определенное перераспределение токов и в других элементах устройства.

Анализируя новые показания амперметров 2, оператор вновь выбирает тот из них, который показывает минимальное значение дробной части после целого, и осуществляет аналогичную операцию по ограничению пропускной способности тока до ближайшей целой части посредством соответствующего подстроечного регулируемого ограничителя тока по максимуму 7. И так последовательно до тех пор, пока не останется ни одной ветви, в которой амперметр 2 показывает нецелочисленное значение величины протекающего через него тока.

При выполнении всего вышеизложенного протекание электрического тока по составным элементам предложенного устройства можно рассматривать как аналог оптимального распределения каналов передачи по ветвям исследуемой многополюсной сети связи. Следовательно, зафиксировав в каждой ветви каждого контура показания амперметров 2 и учитывая соответствующий коэффициент преобразования, получаем решение задачи определения оптимального плана распределения каналов передачи в исследуемой многополюсной сети связи.

На основании изложенного можно сделать вывод, что цель, поставленная перед предлагаемым изобретением - расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в обеспечении определения оптимального плана распределения каналов передачи в многополюсной сети связи, достигнута.

Предложенное устройство может найти применение на пунктах управления различными действующими телекоммуникационными сетями, а также в проектных организациях, занимающихся их разработкой.

Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенного устройства, заключается в повышении оперативности и качества принимаемых решений при управлении соответствующими многополюсными телекоммуникационными сетями, в частности сетями связи, а следовательно, в повышении эффективности их функционирования.

Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного устройства определяется в первую очередь назначением, важностью и сложностью исследуемых многополюсных сетей связи: ее определение возможно только после внедрения предложенного устройства на конкретных объектах.

Источники информации

1. А.с. СССР N 440671, МКИ G 06 G 7/48, 1974, БИ N 31.

2. А.с. СССР N 548866, МКИ G 06 G 7/50, 1977, БИ N 8.

3. Патент РФ N 2155986, МКИ G 06 G 7/50, 2000, БИ N 25 (прототип).

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах, осуществляющих определение оптимального плана распределения каналов передачи в многополюсных сетях. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем обеспечения определения оптимального плана распределения каналов передачи в многополюсной сети связи. Устройство содержит модели ветвей, в состав каждой из которых входят диодные мостики по количеству требований на каналы передачи, переменный резистор и регулируемый ограничитель тока по максимуму, амперметры, включенные по одному в каждую ветвь каждого контура последовательно с моделью ветви, и регулируемые, источники тока, в состав каждой ветви каждого контура дополнительно введены подстроечный регулируемый ограничитель тока по максимуму и два резистора, дополнительно многоконтактные выключатели по количеству узловых точек контура, количество контактов каждого из которых определяется количеством ветвей. 1 ил.

Устройство для определения оптимального плана распределения каналов передачи в многополюсной сети связи, содержащее модели ветвей, в состав каждой из которых входят диодные мостики по количеству требований на каналы передачи, переменный резистор и регулируемый ограничитель тока по максимуму, при этом однополярные внутренние (выходные) узловые точки всех диодных мостиков соединены между собой, образуя тем самым две узловые точки различной полярности, между которыми включены соединенные последовательно переменный резистор и регулируемый ограничитель тока по максимуму, внешние (входные) узловые точки каждого диодного мостика являются парами выводов модели ветви, при этом взаимное соединение моделей ветвей согласно топологии исследуемой сети осуществляется посредством выводов каждой их пары раздельно, образуя тем самым соответствующее количество взаимосвязанных параллельных контуров, амперметры, включенные по одному в каждую ветвь каждого контура последовательно с моделью ветви, и регулируемые источники тока, подключаемые к соответствующим парам узловых точек контуров по одному на каждый контур, отличающееся тем, что в состав каждой ветви каждого контура дополнительно введены подстроечный регулируемый ограничитель тока по максимуму и два резистора, при этом резисторы включены в ветви последовательно по одному по обе стороны от соединенных последовательно модели ветви, амперметра и подстроечного регулируемого ограничителя тока по максимуму, причем вторые выводы резисторов, представляющие собой окончания инцидентных ветвей каждого контура, соединены между собой, образуя тем самым соответствующие узловые точки контуров, а в состав каждого контура введены дополнительно многоконтактные выключатели по количеству узловых точек контура, количество контактов каждого из которых определяется количеством ветвей, инцидентных соответствующей узловой точке, первые выводы всех контактов каждого многоконтактного выключателя объединены между собой и соединены с соответствующей узловой точкой соответствующего контура, а вторые выводы их контактов соединены с первыми выводами соответствующих резисторов, взаимное соединение между собой вторых выводов которых образует соответствующие узловые точки соответствующих контуров, при этом упомянутые резисторы зашунтированы контактами многоконтактных выключателей в узловых точках, соответствующих конечным узлам сети, и не зашунтированы в узловых точках, соответствующих промежуточным узлам сети.