СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОИСКА ПОДВИЖНЫХ АБОНЕНТОВ НА СЕТЯХ СВЯЗИ Российский патент 2014 года по МПК H04W16/22 

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

Под задачей поиска понимается задача определения положения объекта поиска - абонента, находящегося в заданной области Ω n-мерного евклидова пространства R_n (О. Хеллман «Введение в теорию оптимального поиска» - М.: Наука, 1985. - 248 с., стр.7).

Положение объекта поиска (абонента) в заданной области описывается n-мерным вектором, координатами которого являются характеристики передаваемых им и элементами сетей связи потоков сигналов и информации.

Под характеристиками передаваемых потоков сигналов и информации, определяемыми средой распространения сигналов и видами электросвязи и отражающими расположения и состояния объектов поиска - их источников, понимаются (Гаранин М.В. и др. Системы и сети передачи информации: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 2001. - 336 с., стр.11-12):

- пространственно-поляризационные и энергетические характеристики передаваемых сигналов;

- используемый оператор (реальная или виртуальная система) связи;

- используемые рабочие частоты (диапазон частот) и спектральные характеристики передаваемых несущих (аналоговых) сигналов;

- характеристики структуры передаваемых потоков данных, используемые протоколы передачи данных, служебные протоколы (управления, диагностические и др.), прикладные службы (сервисы) обмена данными;

- идентификационные сигналы и информация (сообщения, данные) абонентов;

- служебные (управляющие, диагностические и др.) сигналы и информация (сообщения, данные) элементов разнородных сетей связи.

Под элементарной областью поиска понимается совокупность значений (элементарных диапазонов значений) характеристик передаваемых потоков сигналов и информации, оцениваемых за один шаг сканирования (просмотра) поисковой единицей (средством) в процессе поиска (В.А. Мартынов, Ю.И. Селихов «Панорамные приемники и анализаторы спектра» - М.: Советское радио, 1980. - 352 с., стр.36).

Под разнородными сетями связи понимаются (Гаранин М.В. и др. Системы и сети передачи информации: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 2001. - 336 с., стр.13-19): а) - первичные сети связи, различающиеся используемой средой распространения сигнала и(или) б) - развернутые на их базе вторичные сети связи, различающиеся реализуемым видом электросвязи (типом передаваемых сообщений, прикладной службой передачи данных).

Известен способ моделирования, реализованный в изобретении («Способ построения защищенной системы связи», патент РФ №2459370, H04L 12/00, опубликованное 20.08.2012, бюл. №23). Способ заключается в моделировании совместного функционирования развертываемой системы связи и уже функционирующей на заданной территории по критерию равномерного изменения информативности демаскирующих признаков.

Однако в аналоге обеспечивается низкая достоверность оценки моделируемых процессов функционирования и состояний абонентов сетей связи относительно реально функционирующих (существующих) в реальном масштабе времени с учетом необходимости проведения поиска абонентов на разнородных сетях связи.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному способу является способ, выбранный в качестве прототипа, реализованный в изобретении («Способ моделирования сетей связи», патент РФ №2379750, G06F 11/22, H04W 16/22, опубликованное 20.01.2010, бюл. №2). Способ-прототип заключается в измерении значений показателей функционирования реальной сети связи, моделировании изменения топологии сети, имитации перемещения элементов сетей связи, имитации процесса функционирования моделируемой сети связи, по результатам которого рассчитывается время своевременного обслуживания абонентов моделируемой сети связи и проводятся измерения значений времени своевременного обслуживания абонентов на реально функционирующей сети связи.

Однако в способе-прототипе обеспечивается низкая достоверность оценки моделируемых процессов функционирования и состояний абонентов сетей связи относительно реально функционирующих (существующих) в реальном масштабе времени с учетом необходимости проведения поиска абонентов на разнородных сетях связи.

Задачей изобретения является создание способа моделирования поиска подвижных абонентов на сетях связи, позволяющего получить расширение возможностей способа-прототипа, повышение достоверности оценки моделируемых процессов функционирования и состояний динамически перемещающихся абонентов сетей связи относительно реально функционирующих (существующих) в реальном масштабе времени с учетом необходимости проведения поиска абонентов на разнородных сетях связи.

Эта задача решается тем, что в способе моделирования поиска подвижных абонентов на сетях связи, заключающемся в формировании графа исследуемой сети связи, записи в регистры генераторов псевдослучайной последовательности значений вероятности существования i-й вершины графа сети, записи кода числа планируемых экспериментов, измерении значений показателей функционирования реальной сети связи, имитации процесса функционирования моделируемой сети связи, по результатам которого рассчитывают время своевременного обслуживания абонентов и вероятность связности моделируемой сети связи, проведении измерений значений времени своевременного обслуживания абонентов и вероятности связности реально функционирующей сети связи, сравнении значений времени своевременного обслуживания абонентов и вероятности связности с требуемыми значениями, дополнительно формируют несколько графов по числу моделируемых разнородных сетей связи, задают исходные данные (границы областей поиска сигналов абонентов и элементов сетей связи в процессе информационного обмена, размеры элементарных областей поиска, средняя длительность однократного сканирования (просмотра) элементарной области поиска, кратность (количество раз) сканирования (просмотра) элементарных областей поиска, периодичность сканирования элементарных областей) при формировании графов сетей. Для нескольких разнородных сетей связи записывают в регистры псевдослучайной последовательности значения вероятности существования i-й вершины каждого графа сети, записывают код числа планируемых экспериментов и измеряют значения характеристик функционирующих разнородных сетей связи и их абонентов (параметры распределения по времени интенсивностей информационных обменов абонентов в различных сетях связи, параметры распределения вероятностей (интенсивностей) использования различных местоположений, диапазонов частот, видов сетей связи, сигналов для передачи информации, вероятности изменения абонентами местоположений (используемых узлов привязки, операторов или сетей связи), параметры распределения между элементами (линиями связи) сети информационных обменов абонентов, вероятности (интенсивности) передачи абонентами и элементами сетей связи предупреждающих (подтверждающих) сигналов о смене абонентами местоположения (состояния), средние длительности периодов прекращения информационного обмена абонентами при смене своего местоположения (состояния), степень искаженности передаваемых сигналов и информации абонентов и элементов сетей, вероятность обнаружения (правильной идентификации) передаваемых сигналов и информации абонентов и элементов сетей связи, вероятность обнаружения (правильной идентификации) предупреждающих (подтверждающих) сигналов элементов сетей связи о смене абонентом местоположения (состояния), зависимость перечисленных вероятностей от характеристик напряженности (интенсивности) проведения поиска), моделируют топологию и структуру разнородных сетей связи, имитируют процессы функционирования и взаимодействия моделируемых разнородных сетей связи между собой, производят физическое моделирование процесса функционирования и перемещения абонентов на разнородных сетях связи и изменения в связи с этим интенсивности (вероятности) проявления в различных элементарных областях поиска, имитируют передачу элементами сетей связи предупреждающих сигналов об изменении абонентом своей топологии на местности, имитируют смену абонентом сети (оператора, услуги) связи, проверяют необходимость проведения поиска абонента на разнородных сетях, осуществляют имитацию поиска абонента на разнородных сетях связи, при этом производят генерацию варианта распределения суммарного объема информационного обмена абонента по разнородным сетям связи, генерацию варианта распределения информационного обмена абонента в конкретной сети по ее узлам (линиям), генерацию времени и направления изменения абонентом своего местоположения (привязки к узлам или оператора связи), генерацию времени и направлений обмена между элементами сети о состоянии абонента на сетях связи, проверяют выполнение условия изменения абонентом своего состояния (местоположения, привязки к узлам или оператора связи), если нет, то продолжается имитация процесса функционирования моделируемых разнородных сетей связи и измерение значений показателей своевременности обслуживания абонентов на функционирующих сетях связи и расчет вероятности связности, а если время изменения абонентом своего местоположения (состояния) настало, то производится имитация временного выключение аппаратуры абонента (при перемещении на местности), имитация передачи информации между элементами сети связи об изменении абонентом своего состояния, имитация смены абонентом оператора (сети) связи и перераспределения информационного обмена по разнородным сетям связи, имитация смены абонентом узла привязки и перераспределения информационного обмена по узлам (линиям связи) сети, производится сбор, накопление и уточнение статистических данных по признакам абонента.

Проверяется, требуется ли проведение поиска абонента, если нет, то продолжается имитация процесса функционирования моделируемых разнородных сетей связи и измерение значений показателей своевременности обслуживания абонентов на функционирующих сетях связи и расчет вероятности связности, а если проведение поиска абонента требуется, то производят генерацию списка элементарных областей для проведения поиска, генерацию времени сканирования (просмотра) элементарной области поиска для обнаружения сигналов абонента или служебной информации элементов сети о состоянии абонента, имитацию сканирования (просмотра) очередной элементарной области поиска, при этом проверяется, требуется ли дополнительное сканирование (просмотр) элементарной области поиска, если да, то имитация ее сканирования (просмотра) повторяется, а если дополнительное сканирование (просмотр) элементарной области не требуется, то производится генерация результатов сканирования, проверяют, обнаружен ли сигнал абонента или информация о состоянии (положении) абонента, если да, то соответственно уточняют список элементарных областей для продолжения поиска с учетом информации элемента сети о состоянии (положении) абонента и оценивают достоверность (полноту) обнаружения, если достоверность (полнота) обнаружения не достаточна или ни сигнала абонента, ни информации элемента сети о состоянии (положении) абонента не обнаружено, то имитация поиска абонента на разнородных сетях связи продолжается, а если достоверность (полнота) обнаружения абонента достаточна, то продолжается имитация процесса функционирования моделируемых разнородных сетей связи и измерение значений показателей своевременности обслуживания абонентов на функционирующих сетях связи и расчет вероятности связности.

Таким образом, приведенные дополнения обеспечивают расширение возможностей способа-прототипа, повышение достоверности оценки моделируемых процессов функционирования и состояний абонентов сетей связи относительно реально функционирующих (существующих) в реальном масштабе времени с учетом необходимости проведения поиска абонентов на разнородных сетях связи.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными 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, с достижением указанного в изобретении назначения.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг.1 - обобщенная блок-схема моделирования сети связи;

фиг.2 - обобщенная блок-схема имитации процесса функционирования моделируемых разнородных сетей связи;

фиг.3 - обобщенная блок-схема имитации процесса функционирования и перемещения абонентов на моделируемых разнородных сетях связи;

фиг.4 - обобщенная блок-схема имитации поиска абонента на разнородных сетях связи;

фиг.5 - обобщенная блок-схема имитации сканирования (просмотра) очередной элементарной области поиска;

фиг.6 - схема варианта ранжирования элементарных областей поиска на примере пространства из двух характеристик.

Реализовать заявленный способ можно в виде обобщенной блок-схемы моделирования, представленной на фиг.1. В блоке 1 осуществляется ввод основных исходных данных:

- границ областей поиска сигналов аппаратуры абонентов и элементов сетей связи в процессе информационного обмена;

- видов и размеров элементарных областей поиска;

- средней длительности однократного сканирования (просмотра) элементарной области поиска;

- кратности (количества раз) сканирования (просмотра) элементарных областей поиска, периодичностей сканирования элементарных областей.

В блоке 2 проводится измерение характеристик для реально функционирующих разнородных сетей связи и их абонентов. Измерение производится путем сбора, накопления и уточнения статистических данных по структуре и функционированию сетей связи, их абонентов и передаваемых ими потоков сигналов и информации с использованием контрольно-измерительной аппаратуры технического контроля (Меньшаков Ю.К. Защита объектов и информации от технических средств разведки. - М.: Российск. гос. гуманит. ун-т, 2002. - 399 с., стр.385-387):

- структурных, статистических и логических (семантических) характеристик сигналов и сообщений абонентов (в том числе идентификационных данных - телефонные номера, персональные реквизиты, адреса, идентификаторы, коды и т.д.);

- параметров распределения по времени интенсивностей информационных обменов абонентов в различных сетях связи;

- параметров распределения вероятностей (интенсивностей) использования различных местоположений, диапазонов частот, видов сетей связи, сигналов для передачи информации;

- вероятностей изменения абонентами местоположений (используемых узлов привязки, операторов или сетей связи);

- параметров распределения между элементами сети информационных обменов абонентов;

- вероятностей (интенсивностей) передачи абонентами и элементами сетей связи предупреждающих (подтверждающих) сигналов о смене абонентами местоположений (состояний);

- средних длительностей периодов прекращения информационного обмена абонентами при смене своих местоположений (состояний);

- степени искаженности передаваемых сигналов и информации абонентов и элементов сетей;

- вероятности обнаружения (правильной идентификации) передаваемых сигналов и информации абонентов и элементов сетей связи;

- вероятности обнаружения (правильной идентификации) предупреждающих (подтверждающих) сигналов элементов сетей связи о смене абонентом местоположения (состояния);

- зависимостей перечисленных вероятностей от характеристик напряженности (интенсивности) проведения поиска.

В блоке 3 осуществляется моделирование топологии и структуры разнородных сетей связи. При этом топология размещения элементов сетей связи представлена с учетом нескольких N групп элементов. Для каждой группы элементов осуществляется генерация координат районов их размещения.

Первую группу составляют элементы сетей связи, местоположения которых ограничены районами нахождения абонентов сетей связи. Представление их координат обеспечивается с помощью соотношений:

$$X_{CC}^{\left(1\right)}=X_{\min }^{\left(1\right)}+\left(X_{\max }^{\left(1\right)}-X_{\min }^{\left(1\right)}\right)D_{\mathrm{0,1}},$$

$$Y_{CC}^{\left(1\right)}=Y_{\min }^{\left(1\right)}+\left(Y_{\max }^{\left(1\right)}-Y_{\min }^{\left(1\right)}\right)D_{\mathrm{0,1}},$$

где $$X_{CC}^{\left(1\right)},$$ $$Y_{CC}^{\left(1\right)}$$ - координаты элемента сети соответственно по осям Х и Y;

$$X_{\max }^{\left(1\right)},$$ $$X_{\min }^{\left(1\right)}$$ - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента сети связи от места нахождения абонента (абонентов) по оси X;

$$Y_{\max }^{\left(1\right)},$$ $$Y_{\min }^{\left(1\right)}$$ - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента сети связи от места нахождения абонента (абонентов) по оси Y;

D_0,1 - случайное число, распределенное на интервале (0,1), получаемое с помощью датчика случайных чисел.

Ко второй группе относятся элементы сетей связи, координаты которых зависят от положения элементов сетей связи первой группы. Имитация их районов размещения осуществляется с помощью выражений:

$$X_{CC}^{\left(2\right)}=X_{CC}^{\left(1\right)}+\cos \alpha \left[L_{\min }^{\left(2\right)}+\left(L_{\max }^{\left(2\right)}-L_{\min }^{\left(2\right)}\right)D_{\mathrm{0,1}}\right],$$

$$Y_{CC}^{\left(2\right)}=Y_{CC}^{\left(1\right)}+\sin \alpha \left[M_{\min }^{\left(2\right)}+\left(M_{\max }^{\left(2\right)}-M_{\min }^{\left(2\right)}\right)D_{\mathrm{0,1}}\right],$$

где $$X_{CC}^{\left(1\right)},$$ $$Y_{CC}^{\left(1\right)}$$ - координаты района развертывания элемента сети связи первой группы;

$$L_{\max }^{\left(2\right)},$$ - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента сети связи второй группы от элемента сети связи первой группы по оси X,

$$M_{\max }^{\left(2\right)},$$ - 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 сетей связи, местоположение которых коррелированно с координатами элементов сетей второй группы.

N-ую группу составляют элементы сетей связи, местоположение которых коррелированно с координатами элементов сетей связи (N-1)-й группы. Имитация их районов размещения осуществляется с помощью выражений:

$$X_{CC}^{\left(N\right)}=X_{CC}^{\left(N-1\right)}+\cos \beta \left[L_{\min }^{\left(N\right)}+\left(L_{\max }^{\left(N\right)}-L_{\min }^{\left(N\right)}\right)D_{\mathrm{0,1}}\right],$$

$$Y_{CC}^{\left(N\right)}=Y_{CC}^{\left(N-1\right)}+\sin \beta \left[M_{\min }^{\left(N\right)}+\left(M_{\max }^{\left(N\right)}-M_{\min }^{\left(N\right)}\right)D_{\mathrm{0,1}}\right],$$

где $$X_{CC}^{\left(N-1\right)},$$ - координаты района развертывания элемента сети связи (N-1)-й группы;

$$L_{\max }^{\left(N\right)},$$ - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента сети связи N-й группы от элемента сети связи (N-1)-й группы по оси X;

$$M_{\max }^{\left(N\right)},$$ - 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 сетей связи всех групп осуществляется последовательно от групп с наименьшими номерами к группам с наибольшими номерами в порядке возрастания.

Структуры моделируемых разнородных 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., стр.40-52). Обобщенная функциональная схема такого имитатора включает в себя устройство управления и формирователь системной функции. Устройство управления формирует псевдослучайную последовательность, характеризующую поток отключений соответствующей ветви (канала связи) и, соответственно, прекращения информационного обмена по ней. Каждое отключение ветви может относиться:

- к отдельному виду электросвязи (типу передаваемых сообщений, прикладной службе передачи данных), обеспечиваемому данной вторичной сетью связи;

- нескольким видам электросвязи (типам передаваемых сообщений, прикладным службам передачи данных), обеспечиваемым данной вторичной сетью связи;

- или в целом к каналу связи первичной сети, основанной на заданной используемой среде распространения сигнала.

При этом каждой ветви (каналу связи) разнородных сетей связи сопоставлен отдельный такой имитатор.

В блоке 4 имитируется процесс функционирования моделируемых разнородных сетей связи (фиг.2). При этом структуры исследуемых сетей связи рассматриваются как совокупности {М} двухполюсных систем. Полюсами в двухполюсных системах являются абоненты сетей связи. Информационное направление связи (абонент-абонент) считается работоспособным, если существует хотя бы один путь успешного функционирования от одного абонента к другому (Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992, 206 с., стр.125).

В блоке 5 производится имитация процесса функционирования и перемещения абонентов на моделируемых разнородных сетях связи (фиг.3).

В блоке 6 производится измерение показателя своевременности обслуживания абонентов на функционирующих сетях связи и расчет вероятности связности. При этом для абонентов измеряются длительности существования (отсутствия) хотя бы одного пути успешного функционирования для каждого информационного направления связи (абонент-абонент) в разнородных сетях, статистика количества других абонентов в разнородных сетях, с которыми обеспечивается связь у заданного абонента, а также длительности периодов проведения поиска абонентов на разнородных сетях связи.

В блоке 7 производится сбор, накопление и уточнение статистических данных по признакам абонента. В блоке 8 проверяется окончание времени моделирования. Блок 9 имитирует проверку необходимости проведения поиска абонента. Если проведение поиска не требуется, то управление передается на блоки 4, 5, 6, а если требуется, то на блок 10.

В блоке 10 производится имитация поиска абонента на разнородных сетях связи (фиг.4).

Процесс функционирования моделируемых разнородных сетей связи реализован блок-схемой, представленной на фиг.2.

В блоке 4.1 осуществляется ввод исходных данных: среднее значение времени прекращения (отказа) связи по конкретным направлениям (линиям) каждого элемента сетей связи, среднее значение времени возобновления (восстановления) связи по конкретным направлениям (линиям) каждого элемента сетей связи и законы их распределения.

В блоке 4.2 осуществляется формализация структур исследуемых сетей связи. При этом схема представляется в виде отдельных групп. Тип группы зависит от включения элементов внутри группы. Различаются три типа групп (Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992, 206 с., стр.126):

- простейшая, состоящая из одного элемента;

- параллельная, в которой элементы дублируют друг друга;

- сложная, в которой имеет место параллельно-последовательное включение элементов.

Всем выделенным типам групп присваиваются порядковые номера.

В блоке 4.3 осуществляется построение матрицы описания элементов сетей связи, а также матрицы описания групп элементов.

В блоке 4.4 производится построение матрицы путей успешного функционирования (ПУФ).

В блоке 4.5 производится выбор очередной сети связи, осуществляется нумерация элементов сетей связи в порядке возрастания, при этом первому элементу присваивается номер 1.

В блоках 4.6 и 4.7 имитируется проверка условия исключения (возобновления функционирования) очередной ветви (канала связи) выбранного элемента сети связи. Если исключение (возобновление функционирования) очередной ветви (канала связи) произошло, то управление передается блоку 4.8, а если состояние ветви не изменилось, то блоку 4.18.

В блоке 4.8 производится фиксация времени прекращения (возобновления) передачи по данной ветви (каналу связи) выбранного элемента сети связи информации и сигналов, соответствующих обеспечиваемым данной сетью видам электросвязи.

В блоке 4.9 производится имитация прекращения (возобновления) передачи по данной ветви (каналу связи) выбранного элемента сети связи типов сообщений и сигналов, соответствующих обеспечиваемым данной сетью видам электросвязи.

В блоке 4.10 производится исключение (включение) путей успешного функционирования в выбранной сети связи, содержащих данную ветвь (канал связи).

В блоках 4.11 и 4.12 имитируется проверка наличия других (обходных для данной ветви) путей успешного функционирования в выбранной сети связи. Если другие пути успешного функционирования в выбранной сети связи есть, то управление передается блоку 4.13, а если других (обходных) путей нет, то блоку 4.14.

В блоке 4.13 производится имитация перевода (обратного перевода) передаваемого информационного обмена, соответствующего обеспечиваемым данной сетью видам электросвязи, на обходные пути успешного функционирования (восстановленный путь) в выбранной сети.

В блоках 4.14 и 4.15 имитируется проверка наличия других (обходных для данной ветви) путей успешного функционирования для передаваемого информационного обмена, соответствующего обеспечиваемым рассматриваемой сетью видам электросвязи, в других сетях связи. Если пути успешного функционирования в других сетях связи есть, то управление передается блоку 4.16, а если других (обходных в других сетях связи) путей нет, то блоку 4.17.

В блоке 4.16 производится имитация перевода (обратного перевода) передаваемого информационного обмена, соответствующего обеспечиваемым данной сетью видам электросвязи, на обходные пути успешного функционирования в других сетях связи (на восстановленный путь в выбранной сети).

В блоке 4.17 производится имитация прекращения (возобновления) передачи информационного обмена, соответствующего заданным видам электросвязи, по данному информационному направлению (направлениям) связи. В блоке 4.18 имитируется проверка завершения списка ветвей (каналов связи) выбранного элемента сети связи. Если непроверенные ветви еще есть, то управление передается блоку 4.6, а если их нет, то блоку 4.19.

В блоке 4.19 имитируется проверка завершения списка элементов выбранной сети связи. Если непроверенные элементы еще есть, то управление передается блоку 4.20, а если их нет, то блоку 4.21.

В блоке 4.20 осуществляется увеличение номера проверяемого элемента на 1. Далее управление передается блоку 4.6.

В блоке 4.21 имитируется проверка завершения списка разнородных сетей связи. Если непроверенные сети связи еще есть, то управление передается блоку 4.5, а если их нет, то блоку 7.

Процесс функционирования и перемещения абонентов на моделируемых разнородных сетях связи реализован блок-схемой, представленной на фиг.3.

В блоке 5.1 производится генерация варианта распределения суммарного объема информационного обмена абонента по разнородным сетям связи. При этом в соответствии с методом имитационного моделирования по жребию (Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992, 206 с., стр.10) с учетом заданного закона распределения случайных величин долей общей интенсивности суммарного информационного обмена абонента, соответствующих нескольким разнородным сетям, выбираются значения случайных величин этих долей.

В блоке 5.2 производится генерация варианта распределения информационного обмена абонента в каждой сети по ее узлам (линиям связи). При этом по аналогии с блоком 5.1 выбираются значения случайных величин долей интенсивности информационного обмена абонента в каждой сети.

В блоках 5.3 и 5.4 производится генерация времени и направлений изменения абонентом соответственно своего местоположения (привязки к узлам или оператора связи) и времени и направлений обмена между элементами конкретных сетей о состоянии абонента на сетях связи. При этом по аналогии с блоком 5.1 выбираются значения перечисленных случайных величин.

В блоке 5.5 производится управление длительностью временного отрезка имитации функционирования абонента на моделируемых сетях связи. При этом производится увеличение накопленного времени имитации на величину элементарной единицы модельного времени (Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992, 206 с., стр.103).

В блоке 5.6 проверяется выполнение условия имитации перемещения абонента (изменения абонентом своего местоположения, привязки к узлам или оператора связи). Если нет, то управление передается на блок 7. Если время имитации перемещения настало, то управление передается на блок 5.7.

В блоке 5.7 имитируется проверка условия изменения местоположения абонента. Если местоположение не изменяется, то управление передается на блок 5.14. Если изменение местоположения абонента необходимо, то управление передается на блок 5.8.

В блоке 5.8 производится управление длительностью временного отрезка имитации изменения местоположения абонента. Исходными данными для моделирования изменяемых координат абонентов сетей связи Х_аб, Y_аб являются параметры движения: скорость движения абонента сети связи υ, курсовой угол Θ движения абонента сети либо проекции вектора скорости:

υ_x =υ·cosΘ,

υ_y=υ·sinΘ.

При этом:

$${Х}_{аб}={\upsilon }_{x}t+X_{аб}^{\left(t_0\right)},{\text{ Y}}_{аб}={\upsilon }_{y}t+Y_{аб}^{\left(t_0\right)},$$

где t₀ - время начала перемещения абонента;

$$X_{аб}^{\left(t_0\right)},$$ $$Y_{аб}^{\left(t_0\right)}$$ - координаты начального местоположения абонента.

Имитация значения времени перемещения абонента сети от одного местоположения к другому осуществляется с учетом формулы:

t=t_cp+D_0,1,

где t_ср - среднее значение времени перемещения абонента при смене местоположения.

Процедура выбора координат района размещения перемещаемого абонента сети связи носит итерационный характер. Правило завершения процедуры выбора координат использует критерий:

$$R_{кр.i,j}\ge R_{\max }|{}_{t_{обсл}\le t_{обсл}^{тр}},$$

где R_кр.i,j - территориальный разнос между i-м положением перемещаемого абонента и j-м положением взаимодействующих с этим абонентом элементов сети связи;

R_max - максимально допустимый территориальный разнос;

t_обсл, $$t_{обсл}^{тр}$$ - соответственно время обслуживания и требуемое время обслуживания абонентов.

В блоке 5.9 проверяется, закончено ли изменение местоположения абонента. Если нет, то управление передается на блок 5.11. Если изменение местоположения абонента закончено, то управление передается на блок 5.10.

В блоке 5.10 производится имитация возобновления функционирования абонента после смены местоположения. При этом происходит возобновление имитации передачи и получения абонентом потоков сообщений с заданными параметрами распределения по узлам разнородных сетей связи.

В блоке 5.11 производится имитация временного прекращения работы (при перемещении на местности) абонента. При этом происходит установление («сброс») значений, равных нулю, для интенсивностей передачи и получения абонентом потоков сообщений по всем узлам и ветвям (линиям связи) разнородных сетей связи.

В блоке 5.12 проверяется выполнение условия проведения очередного обмена служебной информацией между элементами сети о состоянии абонентов. Если нет, то управление передается на блок 5.9. Если время произвести очередной обмен служебной информацией настало, то управление передается на блок 5.13.

В блоках 5.13 и 5.18 производится имитация передачи служебной информации элементами сетей о состоянии абонентов на сетях связи.

В блоке 5.14 проверяется выполнение условия проведения смены абонентом оператора связи. Если нет, то управление передается на блок 5.16. Если время произвести смену абонентом оператора связи настало, то управление передается на блок 5.15. При этом под сменой абонентом оператора связи понимается такое изменение значений характеристик передаваемых потоков сигналов и информации, которое соответствует использованию абонентом иного (нового) оператора связи.

В блоке 5.15 производится имитация нового варианта распределения суммарного объема информационного обмена абонента по разнородным сетям связи. При этом по аналогии с блоком 5.1 выбираются новые значения случайных величин долей общей интенсивности суммарного информационного обмена абонента, соответствующих нескольким разнородным сетям.

В блоке 5.16 проверяется выполнение условия проведения смены абонентом узла привязки. Если нет, то управление передается на блок 5.18. Если время произвести смену абонентом узла привязки настало, то управление передается на блок 5.17. При этом под сменой абонентом узла привязки в сети связи понимается такое изменение значений характеристик передаваемых потоков сигналов и информации, которое соответствует использованию абонентом иного (нового) узла сети.

В блоке 5.17 производится имитация нового варианта распределения суммарного объема информационного обмена абонента по узлам (линиям) сети связи. При этом по аналогии с блоком 5.1 выбираются новые значения случайных величин долей интенсивности информационного обмена абонента в конкретной сети.

Имитация процесса поиска абонента на разнородных сетях связи реализована блок-схемой, представленной на фиг.4. При этом способы действий моделируемых средств поиска могут быть смоделированы с помощью алгоритмов прохода областей поиска вида «поиск в заданном районе», «поиск на рубеже», «поиск по вызову», «поиск переменными курсами» (Абчук В.А. и др. Введение в теорию выработки решений. - М.: Воениздат, 1972. - 344 с., стр.117-127).

В блоке 10.1 генерируется список элементарных областей для проведения поиска. Генерация данного списка производится на основе исходных данных (см. блок 1) о границах областей поиска, видах и размерах элементарных областей поиска сигналов аппаратуры абонентов и элементов сетей связи. При этом по аналогии с блоком 5.1 выбираются значения вероятностей (интенсивностей) использования конкретными разнородными сетями каждой элементарной области поиска из сгенерированного списка.

В блоке 10.2 производится ранжирование списка элементарных областей поиска по выбранным в предыдущем блоке вероятностям (интенсивностям) использования их для абонента (передачи сигналов оборудования самого абонента или обмена служебной информацией элементами сетей о его местоположении и состоянии) и/или по средним скоростям изменения этих величин по всем абонентам. Последние определяют минимальные частоты (активности) повторного сканирования (просмотра) отдельных элементарных областей с целью обеспечения достоверности данных о значениях указанных интенсивностей (вероятностей) в системе поиска. Значения интенсивностей (вероятностей) использования для абонентов отдельных элементарных областей и другие характеристики абонентов и их оборудования (поисковые «портреты» абонентов), отражающие их местоположение и состояние, определяются в ходе выполнения блоков 2-7 обобщенной блок-схемы моделирования (фиг.1). Иллюстрация варианта ранжирования элементарных областей поиска на примере пространства из двух характеристик представлена на фиг.6. На данной фигуре с помощью овалов, обозначенных пунктирными линиями, а также с помощью различной насыщенности затенения показаны группы элементарных областей поиска с различной вероятностью нахождения в них сигналов и информации, передаваемых аппаратурой абонента. Иллюстрация наглядно демонстрирует насколько сужается область поиска в случае наличия данных о направлении и примерной скорости перемещения аппаратуры абонента.

В блоке 10.3 генерируется время сканирования (просмотра) элементарной области поиска идентификационных характеристик (признаков) сигналов абонента и(или) служебной информации элементов сетей связи о его состоянии. При этом по аналогии с блоком 5.1 выбирается значение случайной величины данного времени сканирования.

В блоке 10.4 производится имитация сканирования (просмотра) очередной элементарной области поиска абонента из отранжированного списка (фиг.5). При этом первыми просматриваются элементарные области, для которых интенсивности (вероятности) использования их для абонента (передачи сигналов оборудования самого абонента или обмена служебной информацией элементами сетей о его местоположении и состоянии) и/или средние скорости изменения этих величин по всем абонентам являются более высокими.

В блоке 10.5 проверяется, требуется ли продолжать в текущий момент имитацию поиска конкретного абонента или уже задача по его обнаружению выполнена. При этом учитывается результат проверки соответствия текущего значения показателя достоверности (полноты) обнаружения абонента требуемому значению (блоки 10.10 и 10.11). Если имитацию поиска конкретного искомого абонента следует продолжать, то управление передается на блок 10.6, а если задача по обнаружению абонента выполнена, т.е. текущее значение показателя достоверности (полноты) обнаружения абонента соответствует требуемому значению, то на блок 10.12. Последний имитирует функцию уточнения поисковых «портретов» абонентов без нацеливания на конкретные из них путем сканирования (просмотра) оставшейся части области поиска.

В блоке 10.6 проверяется наличие обнаруженных служебных сведений элементов сетей связи о состоянии абонента по результатам просмотра очередной элементарной области поиска. Если такая информация элементов сетей не обнаружена, то управление передается на блок 10.8, а если обнаружена, то на блок 10.7.

В блоке 10.7 производится уточнение списка элементарных областей поиска абонента с учетом новой служебной информации элемента сети о состоянии абонента.

В блоке 10.8 производится формирование списка оценок значений характеристик обнаруженных сигналов и сообщений со значениями характеристик аппаратуры (поисковым «портретом») абонента.

В блоке 10.9 проверяется, обнаружен ли сигнал непосредственно аппаратуры самого абонента. Если да, то управление передается на блок 10.10, а если нет, то на блок 10.13. Под сигналом аппаратуры абонента понимается сигнал, излученный (переданный) комплектом оборудования связи непосредственно самого абонента или переизлученный (ретранслированный) элементами сети связи. Решение об обнаружении сигнала аппаратуры абонента принимается на основании определения Евклидова расстояния между совокупностью оценок значений характеристик обнаруженных сигналов и сообщений с поисковым «портретом» абонента (Абчук В.А. и др. Введение в теорию выработки решений. - М.: Воениздат, 1972. - 344 с., стр.110-113).

В блоках 10.10 и 10.11 производится соответственно вычисление и проверка соответствия текущего значения показателя достоверности (полноты) обнаружения абонента требуемому значению. Если требование не выполняется, то управление передается на блок 10.13, а если выполняется, то на блок 10.15.

В блоке 10.12 производится уточнение значений интенсивностей (вероятностей) использования очередной элементарной области поиска для различных абонентов с учетом результатов ее текущего просмотра (сканирования).

В блоке 10.13 производится переход к следующей элементарной области поиска, а в блоке 10.14 производится проверка условия завершения области поиска. Если оно не завершилось (N_ЭО>0), то управление передается на блок 10.4, а если завершилось, то на блок 8.

В блоке 10.15 производится уточнение значений характеристик (поискового «портрета») абонента с учетом результатов проведения его поиска на разнородных сетях. При этом производится уточнение распределения значений интенсивностей (вероятностей) использования элементарных областей поиска для данного абонента с учетом результатов их текущего просмотра (сканирования), а также уточнение значений других характеристик абонента. Далее по аналогии с блоком 5.1 выбираются новые значения вероятностей (интенсивностей) использования данным абонентом каждой элементарной области поиска из сгенерированного списка.

В блоке 10.16 производится уточнение списка элементарных областей поиска с учетом результатов обнаружения абонента и необходимости дальнейшего продолжения поиска с целью уточнения значений интенсивностей (вероятностей) использования элементарных областей поиска различными абонентами, а также коррекции поисковых «портретов» абонентов. При этом производится уточнение распределений значений интенсивностей (вероятностей) использования элементарных областей поиска для других абонентов с учетом результатов их текущего просмотра (сканирования), а также уточнение значений других характеристик абонентов. Далее по аналогии с блоком 5.1 выбираются новые значения вероятностей (интенсивностей) использования другими абонентами каждой элементарной области поиска из сгенерированного списка.

Процесс имитации сканирования (просмотра) очередной элементарной области поиска абонента реализован блок-схемой, представленной на фиг.5. При этом моделируемые события совпадений настроек средств поиска с характеристиками настроек аппаратуры абонента и разрешений (распознаваний) сигналов во время проведения поиска могут быть смоделированы с использованием подхода на основе условной вероятности обнаружения (В.А. Мартынов, Ю.И. Селихов «Панорамные приемники и анализаторы спектра» - М.: Советское радио, 1980. - 352 с., стр.34-53).

В блоке 10.3.1 производится управление длительностью временного отрезка имитации сканирования (просмотра) очередной элементарной области поиска.

В блоке 10.3.2 проверяется, закончено ли сканирование (просмотр) очередной элементарной области поиска. Если нет, то управление передается на блок 10.3.5. Если сканирование закончено, то управление передается на блок 10.3.3.

В блоке 10.3.3 проверяется, требуется ли дополнительное сканирование данной элементарной области поиска. Если да, то управление передается на блок 10.3.1, а если дополнительное измерение не требуется, то на блок 10.3.4.

В блоке 10.3.4 генерируется результат поиска (генерируется имитируемый вариант принятого решения об обнаружении/необнаружении) в данной элементарной области поиска идентификационных характеристик (признаков) сигналов оборудования абонента или служебной информации элементов сетей связи о его состоянии. При этом фиксируется совпадение следующих событий:

- сканируемая (просматриваемая) линия (канал) связи с оборудованием абонента или элемента сети связи не прекратила (уже возобновила) передачу информации и сигналов (см. блоки 4.8-4.10);

- доля общей интенсивности суммарного информационного обмена абонента, приходящаяся на сканируемую (просматриваемую) линия (канал) связи не равна нулю (см. блоки 5.1-5.2);

- модельное время передачи сигналов и информации, касающейся абонента, совпало с временем сканирования данной элементарной области поиска (см. блоки 10.3-10.4).

Для фиксации совпадения можно использовать функцию TEST среды GPSS (Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992, 206 с., стр.64).

Оценка эффективности предлагаемого способа проводилась путем сравнения достоверности оценки полученных результатов при моделировании сетей связи для способа-прототипа и при моделировании поиска абонентов на сетях связи 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 г., 480 с., стр.463):

$$P\left(\left|{р}_{ош}-{р}_{ош}^{*}\right|<\epsilon \right)=2Ф\left(\frac{\epsilon \sqrt{N}}{\sqrt{{р}_{ош}^{*}\cdot \left(1-{р}_{ош}^{*}\right)}}\right),$$

где Ф - функция Лапласа;

N - количество моделируемых событий;

р_ош - реальное значение оценки;

- требуемое значение оценки;

ε - величина доверительного интервала,

определим достоверность результатов моделирования процессов обслуживания абонентов на функционирующих сетях связи для сложной системы (совокупности) разнородных сетей связи, принимая:

$$D=P\left(\left|{р}_{ош}-{р}_{ош}^{*}\right|<\epsilon \right)=2Ф\left(\frac{\epsilon \sqrt{N}}{\sqrt{{р}_{ош}^{*}\cdot \left(1-{р}_{ош}^{*}\right)}}\right).$$

Перейдем от функции Лапласа к ее аргументу (Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992, 206 с., стр.14):

$$t_{\alpha }=\left(\frac{\epsilon \sqrt{N}}{\sqrt{{р}_{ош}^{*}\cdot \left(1-{р}_{ош}^{*}\right)}}\right).$$

Тогда:

$$t_{\alpha }^2=\frac{{\epsilon }^{2}N}{{р}_{ош}^{*}\cdot \left(1-{р}_{ош}^{*}\right)}.$$

Для случая, когда р_ош; вычислить не удается, можно воспользоваться упрощенной формулой для наихудшего случая $${р}_{ош}={р}_{ош}^{*}=\mathrm{0,5.}$$ Тогда:

$$t_{\alpha }^2=4{\epsilon }^{2}N.$$

Определим и $$t_{\alpha 2}^2,$$ принимая ε=0,05, а N=7 для прототипа (при моделировании: а) процесса формирования структуры сети связи, б) процесса размещения на местности (формирования топологии) элементов сети связи, в) изменений структуры сети связи, г) изменений топологии сети связи, д) процесса функционирования реальной сети связи, е) процесса функционирования абонентов на моделируемой сети связи, ж) перемещения абонентов на моделируемой сети связи) и N=8 для предлагаемого способа (при моделировании: а) процесса формирования разнородных сетей связи, б) процесса размещения на местности (формирования топологии) элементов сети связи, в) изменений структур разнородных сетей связи, г) изменений топологии сети связи, д) процессов функционирования реальных сетей связи, е) процессов функционирования абонентов на моделируемых разнородных сетях связи, ж) перемещения абонентов на моделируемой сети связи, з) процессов проведения поиска абонентов (сигналов и информации, касающихся их) на разнородных сетях связи):

$$t_{\alpha 1}=2\cdot \mathrm{0,05}\cdot \sqrt{7}=\mathrm{2,646,}$$

$$t_{\alpha 2}=2\cdot \mathrm{0,05}\cdot \sqrt{8}=\mathrm{2,848.}$$

Оценка эффективности заявленного способа:

$$Э=\left|\frac{t_{\alpha 1}-t_{\alpha 2}}{t_{\alpha 2}}\right|\cdot 100\%;$$

$$Э=\left|\frac{\mathrm{2,646}-\mathrm{2,848}}{\mathrm{2,848}}\right|\cdot 100\approx \mathrm{6,4}\%.$$

Таким образом достигается заявленный технический результат.

Изобретение относится к области моделирования сетей связи. Техническим результатом является повышение достоверности оценки моделируемых процессов функционирования и состояний динамически перемещающихся абонентов сетей связи относительно реально функционирующих (существующих) в реальном масштабе времени с учетом необходимости проведения поиска абонентов на разнородных сетях связи. Способ содержит измерение значений показателей функционирования реальных разнородных сетей связи, моделирование процессов функционирования и взаимодействия моделируемых разнородных сетей связи между собой, моделирование процесса функционирования и перемещения абонентов на разнородных сетях связи, моделирование процесса поиска абонентов на разнородных сетях связи. 6 ил.

Способ моделирования поиска подвижных абонентов на сетях связи, заключающийся в формировании графа исследуемой сети связи, записи в регистры генераторов псевдослучайной последовательности значений вероятности существования i-ой вершины графа сети, записи кода числа планируемых экспериментов, измерении значений показателей функционирования реальной сети связи, имитации процесса функционирования моделируемой сети связи, по результатам которого рассчитывают время своевременного обслуживания абонентов и вероятность связности моделируемой сети связи, проведении измерений значений времени своевременного обслуживания абонентов и вероятности связности реально функционирующей сети связи, сравнении значений времени своевременного обслуживания абонентов и вероятности связности с требуемыми значениями, отличающийся тем, что формируют несколько графов по числу моделируемых разнородных сетей связи, задают исходные данные при формировании графов сетей, записывают в регистры псевдослучайной последовательности значения вероятностей существования i-ой вершины каждого графа сети для нескольких разнородных сетей связи, записывают код числа планируемых экспериментов и измеряют значения характеристик функционирующих разнородных сетей связи и их абонентов, моделируют топологию и структуру разнородных сетей связи, имитируют процессы функционирования и взаимодействия моделируемых разнородных сетей связи между собой, производят физическое моделирование процесса функционирования и перемещения абонентов на разнородных сетях связи и изменения в связи с этим интенсивности или вероятности проявления в различных элементарных областях поиска, имитируют передачу элементами сетей связи предупреждающих сигналов об изменении абонентом своей топологии на местности, имитируют смену абонентом сети, оператора, услуги связи, проверяют необходимость проведения поиска абонента на разнородных сетях, осуществляют имитацию поиска абонента на разнородных сетях связи, при этом производят генерацию варианта распределения суммарного объема информационного обмена абонента по разнородным сетям связи, генерацию варианта распределения информационного обмена абонента в конкретной сети по ее узлам и линиям, генерацию времени и направления изменения абонентом своего местоположения, привязки к узлам или оператора связи, генерацию времени и направлений обмена между элементами сети о состоянии абонента на сетях связи, проверяют выполнение условия изменения абонентом своего состояния, если нет, то продолжается имитация процесса функционирования моделируемых разнородных сетей связи и измерение показателей своевременности обслуживания абонентов на функционирующих сетях связи и расчет вероятности связности, а если время изменения абонентом своего состояния настало, то производится имитация временного выключения аппаратуры абонента при перемещении на местности, имитация передачи информации между элементами сети связи об изменении абонентом своего состояния, имитация смены абонентом оператора или сети связи и перераспределения информационного обмена по разнородным сетям связи, имитация смены абонентом узла привязки и перераспределения информационного обмена по узлам и линиям связи сети, производится сбор, накопление и уточнение статистических данных по признакам абонента, проверяется, требуется ли проведение поиска абонента, если нет, то продолжается имитация процесса функционирования моделируемых разнородных сетей связи и измерение значений показателей своевременности обслуживания абонентов на функционирующих сетях связи и расчет вероятности связности, а если проведение поиска абонента требуется, то производят генерацию списка элементарных областей для проведения поиска, генерацию времени просмотра элементарной области поиска для обнаружения сигналов абонента или служебной информации элементов сети о состоянии абонента, имитацию просмотра очередной элементарной области поиска, при этом проверяется, требуется ли дополнительный просмотр элементарной области поиска, если да, то имитация ее просмотра повторяется, а если дополнительный просмотр элементарной области не требуется, то производится генерация результатов сканирования, проверяют, обнаружен ли сигнал аппаратуры абонента и/или информация о состоянии абонента, если да, то соответственно уточняют список элементарных областей для продолжения поиска с учетом информации элемента сети о состоянии абонента и оценивают достоверность и/или полноту обнаружения, если достоверность и/или полнота обнаружения не достаточны или ни сигнала абонента, ни информации элемента сети о состоянии абонента не обнаружено, то имитация поиска абонента на разнородных сетях связи продолжается, а если достоверность и/или полнота обнаружения абонента достаточны, то продолжается имитация процесса функционирования моделируемых разнородных сетей связи и измерение показателей своевременности обслуживания абонентов на функционирующих сетях связи и расчет вероятности связности.