СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИВУЧЕСТИ СИСТЕМЫ СВЯЗИ В УСЛОВИЯХ ОГНЕВОГО ПОРАЖЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ БОРЬБЫ Российский патент 2010 года по МПК G06N99/00 

Изобретение относится к области моделирования и может быть использовано в телекоммуникационных системах для распознавания возможности работы абонентов различных категорий в условиях воздействия внешних помех на систему связи.

Под системой связи понимается совокупность взаимоувязанных и согласованных по задачам, месту и времени действий узлов и линий связи различного назначения, развертываемых или создаваемых по единому плану для решения задач управления (Надежность, живучесть и техническое обслуживание сетей связи: Учебник / В.А.Зеленцов, А.А.Гаагин. - ВАС, 1991. - 169 с., стр.9).

Известен способ моделирования аварии, диагностики и восстановления работоспособности сложной технологической структуры и информационная система для его реализации, описанный в патенте на изобретение "Способ моделирования аварии, диагностики и восстановления работоспособности сложной технологической структуры и информационная система для его реализации", №2252453, G06N 1/00, опубл. 20.05.2005, бюл. №14).

В способе все связи между элементами принципиальной схемы сложной технологической структуры (СТС) разделяют на основные и резервные, задают произвольную комбинацию повреждений элементов СТС, определяют значение показателя аварийности состояния связей между элементами СТС, в случае неравенства указанного показателя нулевому значению восстанавливают работоспособность СТС, изменяя ее замещением поврежденных связей резервными посредством активных действий оператора, определяют значение показателя восстановления работоспособности СТС и вырабатывают прогноз состояния измененной СТС. Система обеспечивает получение оперативной информации оператором о действиях по восстановлению работоспособности СТС, основанных на использовании имеющегося резерва внутренних возможностей СТС, выработку прогноза состояния СТС и рекомендаций по улучшению функционирования измененной СТС.

Недостатками способа является то, что не моделируются процессы обнаружения и подавления элементов системы связи с учетом качества обслуживания различных категорий абонентов и процессы обеспечения живучести системы связи за счет перераспределения ресурсов системы связи (пропускной способности) в зависимости от внешних помех, не измеряются показатели качества обслуживания абонентов системы связи.

Под живучестью системы связи понимается способность системы связи обеспечивать управление войсками, силами и оружием в условиях воздействия обычного и ядерного оружия противника (Ломовицкий В.В., Щекотихин В.М. и др. Основы построения систем и сетей передачи информации. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 382 с.).

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному способу является способ, выбранный в качестве прототипа (изобретение "Способ моделирования процессов обеспечения технической готовности сетей связи при технической эксплуатации и система для его реализации", патент №2336566, G06N 1/00, опубл. 20.10.2008, бюл. №29).

Способ-прототип заключается в описании структуры сети связи, моделировании процесса обеспечения технической готовности при эксплуатации сети связи, имитировании различных видов отказов, повреждений и сбоев основных элементов сетей связи, обеспечение технической готовности сетей связи моделируется на нескольких уровнях, причем на первом уровне (оперативном) обеспечение технической готовности моделируется за счет введения резервных линий (каналов) связи, на втором уровне (оперативно-техническом) обеспечение технической готовности моделируется за счет введения резервных средств связи, на третьем (техническом) уровне обеспечение технической готовности моделируется за счет проведения восстановления отказавших (поврежденных) средств связи, осуществляется сбор статистики и прогнозирование технического состояния основных элементов сетей связи, осуществляется расчет основных показателей функционирования сетей связи.

Однако в способе-прототипе не моделируются процессы обнаружения и подавления элементов системы связи с учетом качества обслуживания различных категорий абонентов и процессы обеспечения живучести за счет перераспределения ресурсов системы связи (пропускной способности) в зависимости от внешних помех, не измеряются показатели качества обслуживания абонентов системы связи.

Техническим результатом изобретения является устранение или существенное уменьшение указанных выше недостатков, в том числе расширение функциональных возможностей технических решений с обеспечением моделирования процессов обнаружения и подавления элементов системы связи с учетом качества обслуживания различных категорий абонентов и процессов обеспечения живучести системы связи и с учетом перераспределения ресурсов системы связи (пропускной способности), а также постановка в однозначное соответствие (классифицирование) способности системы связи предоставлять услуги абонентам различных категорий с требуемым качеством в зависимости от внешних воздействий на систему связи.

Технический результат достигается тем, что производят воздействия и подавляют элементы моделируемой системы связи, измеряют значения сигнал/помеха на "подавленных" элементах системы связи, фиксируют значения воздействий, при которых абоненты различных категорий получают отказ в обслуживании, классифицируют возможности системы связи предоставлять услуги абонентам различных категорий с требуемым качеством в зависимости от внешних воздействий на систему связи, производят расчет вероятностей обнаружения и подавления элементов системы связи с учетом категорий абонентов, производят "розыгрыш" общего количества разведпризнаков системы связи, разыгрывают количество вскрытых элементов системы связи» осуществляют расчет потерь пропускной способности на информационных направлениях системы связи, прогнозируют значения пропускной способности по категориям абонентов, осуществляют сравнение значений прогнозируемой и требуемой пропускной способности, при необходимости перераспределяют ресурсы системы связи.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленного способа, отсутствуют. Следовательно, заявленное 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 заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное 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 чертежом, на котором представлен алгоритм моделирования процессов обеспечения живучести системы связи в условиях огневого поражения и радиоэлектронной борьбы.

Реализация заявленного способа заключается в следующем.

Основой для моделирования процессов обеспечения живучести системы связи в условиях огневого поражения и радиоэлектронной борьбы может быть структура системы связи, по которой определяются все возможные пути установления соединений в каждом информационном направлении связи. Пусть информационное направление связи содержит χ независимых путей установления соединений, а каждый путь π содержит l_π последовательно соединенных узлов связи (коммутационных центров) и линий связи (ветвей). W_j(π) - вероятность выживания j-го элемента системы связи , включенного в π путь . Если считать выходы из строя элементов системы связи независимыми событиями, то выражение для вероятности W(I) сохранения связности I информационного направления будет иметь вид:

[Надежность и живучесть коммутируемых сетей связи: (методические рекомендации по курсовому и дипломному проектированию)/ Л.П.Щербина, О.Г.Хилько. - ВАС, 1997. - 54 с., стр.39].

Можно определить степень влияния внешних воздействий на пропускную способность системы связи. При увеличении значений внешних помех пропускная способность системы связи будет снижаться.

Абоненты подразделяются на абонентов различной категорий по степени бесперебойности предоставляемых услуг.

Так, для абонентов первой категории в системе связи предусматривается абсолютный приоритет на услуги коммуникации по сравнению с абонентами низших категорий. При этом в условиях внешних помех за счет перераспределения системой управления пропускной способности системой связи обслуживаются абоненты с высшим приоритетом, а остальные абоненты обслуживаются в порядке уменьшения приоритета до полного использования ресурса сети. Очевидно, что зависимость снижения пропускной способности системы связи от возрастания напряженности электрического поля носит характер убывающей функции.

Моделирование процессов обеспечения живучести системы связи в условиях огневого поражения и радиоэлектронной борьбы можно представить в виде:

- обучения системы управления перераспределением ресурсов системы связи и по результатам обучения прогнозирования изменения пропускной способности системы связи для различных категорий абонентов в зависимости от воздействия внешних помех на систему связи;

- расчета вероятности обнаружения и подавления элементов системы связи с учетом категорий абонентов;

- постановки в однозначное соответствие (классифицирование) возможности работы абонентов различных категорий в зависимости от внешнего воздействия на систему связи.

Обучение заключается в определении пороговых значений пропускной способности системы связи для отнесения предъявляемого для распознавания абонента к той или иной категории. Эти пороговые значения получаются с учетом внешних помех (направление, уровень), а также с учетом перебора демаскирующих признаков системы связи, которыми может воспользоваться противник.

Способ можно представить в виде алгоритма моделирования, представленного на фиг.1.

В блоке 1 производится ввод основных исходных данных. В блоке 2 осуществляется проверка необходимости остановить процесс обучения системы управления перераспределением ресурсов системы связи. Если такая необходимость возникает, то обучение прекращается, если нет, то управление передается к блоку 3.

В блоке 3 осуществляется имитация функционирования системы связи.

В блоке 4 имитируется "розыгрыш" общего количества К - разведпризнаков системы связи:

где: N - количество разведпризнаков каналов связи;

М - количество разведпризнаков линий связи;

R - количество разведпризнаков средств связи.

Минимальный набор разведпризнаков {N, М, R}, по которому определяется система связи, называется "эталонный образ". При этом могут присутствовать ошибки, которые могут быть допущены при определении системы связи: α - ошибка первого рода (вероятность ложной тревоги), которая характеризует долю ошибочных решений в пользу разведываемой системы связи, и β - ошибка второго рода (вероятность пропуска цели), определяющей долю ошибочных решений в пользу "ненужных" систем связи, хотя реализация разведпризнака принадлежала разведываемой системе связи.

В блоке 5 имитируется "розыгрыш" количества разведпризнаков системы связи - Р, которыми может воспользоваться противник с учетом "мешающих" факторов:

В качестве основных "мешающих" факторов рассматриваются: погода, рельеф местности, помеховая обстановка, время дня, года и т.п.

В блоке 6 имитируется "розыгрыш" количества вскрытых элементов системы связи с учетом разведпризнаков - Р.

Обобщенный алгоритм вскрытия объектов [Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания: Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989. - 232 с.: ил.]:

1. Обнаруживаются источники радиоизлучений, и определяется их местоположение.

2. Выделяются первичные признаки (реквизиты демаскирующих признаков), и идентифицируется тип средства связи.

3. По месту нахождения средств связи и наличию структурных связей в системе осуществляется их группирование в более сложные объекты (узлы, линии, каналы связи).

4. В информационном поле радиоразведки на языке признаков формулируются групповые "портреты" объектов разведки.

5. Путем сопоставления "портрета" объекта с описаниями элементов системы связи на языке признаков для пары "объект - элемент системы связи" рассчитывается мера сходства.

6. На основе расчетов п.5 по некоторому правилу принимается решение об отнесении заданного объекта к определенному элементу системы связи.

В блоке 7 имитируется "подавление" вскрытых элементов системы связи.

В блоке 8 производится расчет потерь пропускной способности на информационных направлениях и вероятность сохранения связности информационного направления.

Качество обслуживания абонентов оценивается по потерям на нагрузке информационного направления (Р_н). Потери на нагрузке информационного направления рассчитываются как отношение потерянной нагрузки R к поступающей нагрузке Z;

где: Y - исполненная нагрузка.

Для расчета Р_н на реальной системе связи для абонентов 1, 2, 3 категорий измеряются следующие параметры: l; N; λ; λ_ucn; t_c; λ_пот.

l - средний объем одного сообщения в единичных элементах;

N - скорость передачи;

λ - интенсивность потока сообщений;

λ_исп - интенсивность потока исполненных заявок;

t_c - средняя длительность обслуживания;

λ_пот - интенсивность потока заявок, получивших отказ в обслуживании.

Тогда:

Вероятность сохранения связности рассчитывается по формуле 1.

В блоке 9 проводится прогнозирование значений пропускной способности информационных направлений с учетом категорий абонентов системы связи и "подавления" вскрытых элементов системы связи. В блоке 10 сравниваются прогнозируемые значения пропускной способности с требуемыми. Если прогнозируемые значения соответствуют требованиям, то управление передается к блоку 2, если нет, то к блоку 11. В блоке 11 имитируется перераспределение ресурсов системы связи на различных уровнях обеспечения живучести. Далее управление передается к блоку 8. В блоке 12 осуществляются преднамеренные воздействия на реальную систему связи, приводящие к снижению пропускной способности. Далее управление передается к блоку 13, в котором измеряется соотношение сигнал/помеха на подавленных элементах системы связи. В блоке 14 происходит расчет среднего значения разведпризнаков и расчет вероятности проявления разведпризнаков. В блоке 15 по измеренному соотношению сигнал/помеха на подавленных элементах системы связи проверяется необходимость перераспределения ресурса абонентов 3 категории в пользу 1 и 2 категории. Если такая необходимость существует, то система управления в блоке 16 осуществляет перераспределение ресурсов системы связи, если нет, осуществляется переход к блоку 23, в котором происходит расчет вероятностей обнаружения и подавления элементов системы связи с учетом категорий абонентов. В блоке 17 фиксируется количество "подавленных" элементов системы связи с учетом отказа в обслуживании абонентов 3 категории. В блоке 18 по измеренному соотношению сигнал/помеха на подавленных элементах системы связи проверяется необходимость перераспределения ресурса абонентов 2 категории в пользу абонентов 1 категории. Если такая необходимость существует, то система управления в блоке 19 осуществляет перераспределение ресурсов системы связи, если нет, осуществляется переход к блоку 23, в котором происходит расчет вероятностей обнаружения и подавления элементов системы связи с учетом категорий абонентов. В блоке 20 фиксируется количество "подавленных" элементов системы связи с учетом отказа в обслуживании абонентов 2 категории.

В блоке 21 по измеренному соотношению сигнал/помеха на подавленных элементах системы связи проверяется возможность обслуживания системой связи абонентов 1 категории. Если такая возможность есть, то управление передается к блоку 23, если нет, то к блоку 22, в котором фиксируется количество "подавленных" элементов системы связи с учетом отказа в обслуживании абонентов 1 категории.

В блоке 24 происходит распознавание способности системы связи предоставлять услуги абонентам различных категорий с требуемым качеством в зависимости от уровня помех в условиях радиоэлектронного подавления. Сравнивая значения уровня помех при реальных воздействиях на систему связи с параметрами, введенными на этапе обучения системы управления перераспределением ресурсов системы связи, учитывая рассчитанные потери пропускной способности на информационных направлениях системах связи, с которых начинается перераспределение ресурсов системы связи в пользу абонентов высшей категории, можно поставить в соответствие возможность работы абонентов той или иной категории.

Для построения алгоритма распознавания в качестве меры близости используется среднеквадратическое расстояние между пропускной способностью w, требуемой для работы абонентов той или иной категории и предъявляемой для распознавания, и пропускными способностями (w₁, w₂,…, w_n) совокупности абонентов для каждого класса, полученными в результате перераспределения в условиях воздействия помех и представляющими собой класс w_g [Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания: Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989. - 232 с.: ил.].

Так, выбранная мера близости L пропускной способности w для сравнения с классом w_g выглядит следующим образом:

где: k_g - количество объектов, представляющих w_g-й класс;

d²(w, w_g) - среднеквадратичное расстояние между w и (w₁, w₂, …, w_n);

g=1, 2, …, m.

При этом среднеквадратичное расстояние d²(w, w_g) между w и (w₁, w₂, …, w_n) рассчитывается по формуле:

где N - размерность признакового пространства.

X_wn - признак w;

X_wg - признак (w₁, w₂, …, w_n) класса w_g.

Для какой категории абонентов среднеквадратическое расстояние будет меньше, той категории и принадлежит предъявляемый для распознавания абонент.

Предлагаемый способ обеспечивает устранение или существенное уменьшение недостатков способа-прототипа, в том числе расширение функциональных возможностей технических решений с обеспечением моделирования процессов обеспечения живучести системы связи в условиях огневого поражения и радиоэлектронной борьбы, при этом моделируются процессы вскрытия элементов системы связи и процессы обеспечения живучести системы связи с учетом перераспределения ресурсов системы связи, а также распознавание возможности работы абонентов различных категорий, способ имеет высокую достоверность определения возможности работы абонентов различных категорий. Таким образом, достигается технический результат заявленного способа.

Изобретение относится к области моделирования. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей технических решений с обеспечением моделирования процессов обнаружения и подавления элементов системы связи с учетом качества обслуживания различных категорий абонентов и процессов обеспечения живучести системы связи и с учетом перераспределения ресурсов системы связи (пропускной способности), а также постановка в однозначное соответствие (классифицирование) способности системы связи предоставлять услуги абонентам различных категорий с требуемым качеством в зависимости от внешних воздействий на систему связи. Технический результат достигается тем, что производят воздействия и подавляют элементы моделируемой системы связи, измеряют значения сигнал/помеха на "подавленных" элементах системы связи, фиксируют значения воздействий, при которых абоненты различных категорий получают отказ в обслуживании, классифицируют возможности системы связи предоставлять услуги абонентам различных категорий с требуемым качеством в зависимости от внешних воздействий на систему связи, производят расчет вероятностей обнаружения и подавления элементов системы связи с учетом категорий абонентов, производят "розыгрыш" общего количества разведпризнаков системы связи, разыгрывают количество вскрытых элементов системы связи, осуществляют расчет потерь пропускной способности на информационных направлениях системы связи, прогнозируют значения пропускной способности по категориям абонентов, осуществляют сравнение значений прогнозируемой и требуемой пропускной способности, при необходимости перераспределяют ресурсы системы связи. 1 ил.

Способ моделирования процессов обеспечения живучести системы связи в условиях огневого поражения и радиоэлектронной борьбы, заключающийся в описании структуры сети связи, моделировании процесса обеспечения технической готовности при эксплуатации сети связи, имитировании различных видов отказов, повреждений и сбоев основных элементов сетей связи, обеспечение технической готовности сетей связи моделируется на нескольких уровнях, причем на первом уровне (оперативном) обеспечение технической готовности моделируется за счет введения резервных линий (каналов) связи, на втором уровне (оперативно-техническом) обеспечение технической готовности моделируется за счет введения резервных средств связи, на третьем (техническом) уровне обеспечение технической готовности моделируется за счет проведения восстановления отказавших (поврежденных) средств связи, осуществляется сбор статистики и прогнозирование технического состояния основных элементов сетей связи, осуществляется расчет основных показателей функционирования сетей связи, отличающийся тем, что производят воздействия и подавляют элементы моделируемой системы связи, измеряют значения сигнал/помеха на "подавленных" элементах системы связи, фиксируют значения воздействий, при которых абоненты различных категорий получают отказ в обслуживании, классифицируют возможности системы связи предоставлять услуги абонентам различных категорий с требуемым качеством в зависимости от внешних воздействий на систему связи, производят расчет вероятностей обнаружения и подавления элементов системы связи с учетом категорий абонентов, производят "розыгрыш" общего количества разведпризнаков системы связи, разыгрывают количество вскрытых элементов системы связи, осуществляют расчет потерь пропускной способности на информационных направлениях системы связи, прогнозируют значения пропускной способности по категориям абонентов, осуществляют сравнение значений прогнозируемой и требуемой пропускной способности, при необходимости перераспределяют ресурсы системы связи.