У роботі пропонується метод мінімізації середнього часу очікування доступу абонентів до каналів зв'язку при збільшенні інтенсивності переговорів у разі виникнення надзвичайної ситуації.

Анотація наукової статті з комп'ютерних та інформаційних наук, автор наукової роботи - Качанов Сергій Олексійович, Медведєв Микола Вікторович


Article offers method of minimization of the average waiting time of the users 'access to the communication channels in case of talks intensity increase as a result of emergency situation.


Область наук:

  • Комп'ютер та інформатика

  • Рік видавництва: 2010


    Журнал: Технології громадянської безпеки


    Наукова стаття на тему 'Адаптивне управління доступом в транкінгових мережах в режимі виділення груп абонентів'

    Текст наукової роботи на тему «Адаптивне управління доступом в транкінгових мережах в режимі виділення груп абонентів»

    ?УДК 621.396.2

    Адаптивне управління доступом в транкінгових мережах в режимі виділення груп абонентів

    С.А. Качанов, Н.В. Медведєв

    анотація

    У роботі пропонується метод мінімізації середнього часу очікування доступу абонентів до каналів зв'язку при збільшенні інтенсивності переговорів у разі виникнення надзвичайної ситуації.

    Ключові слова: радіочастотний діапазон, транкінгові системи зв'язку, коефіцієнт зв'язності, адаптивне управління.

    Adaptive Access Management in Trunking Nets in Regime of Users Group Selection

    S. Kachanov, N. Medvedev Abstract

    Article offers method of minimization of the average waiting time of the users 'access to the communication channels in case of talks intensity increase as a result of emergency situation.

    Key words: radio-frequency band, trunking communication systems, degree of connectivity, adaptive management.

    Лавиноподібне зростання числа абонентів систем зв'язку в надзвичайних ситуаціях (НС) призводить до перевантаження радіочастотного діапазону. Тому поряд з частотним, тимчасовим і кодовим принципами поділу каналів все ширше застосовується просторове розділення. Так, просторово-частотний поділ в системі зв'язку стільникової структури [1] успішно вирішує проблему перевантаження частотного діапазону за допомогою повторного використання наявних частотних каналів на території, що обслуговується.

    Таким чином, в системах зв'язку з рухомими об'єктами, які виконують завдання в інтересах оперативних служб, в тому числі і МНС Росії, доцільно використовувати нові рішення і підходи, пов'язані з оптимізацією режиму динамічного розподілу навантаження, яке повинне проводитися з урахуванням специфічних особливостей роботи відомчих мереж.

    Як правило, абонентам таких мереж надається можливість вільного доступу до декількох каналах зв'язку на всій території, що обслуговується. Сі-

    стеми подібного класу отримали назву транкінг-вих систем зв'язку.

    З точки зору ефективності використання наявного частотного ресурсу в таких системах важливим є питання виділення груп абонентів, кожному з яких надається певна кількість однаково доступний каналів.

    Як показник ефективності обслуговування абонентів приймається середній час очікування по системі в цілому. Тому оптимальним вважається таке розбиття множини абонентів на групи і такий розподіл обмеженого числа каналів, при якому середній час очікування мінімально.

    Розглянемо задачу адаптивного управління доступом в транкінгових мережах в режимі виділення груп абонентів при обмеженнях на число каналів і доступність абонентів до них.

    Для вирішення цього завдання вихідними даними виступають матриця взаємних середніх інтенсивностей виходу на зв'язок і матриця середніх тривало-стей розмов між абонентами.

    Технології громадянської безпеки, том 7, 2010, № 3 (25)

    / 85

    Здійснимо математичну постановку задачі. Всі безліч абонентів А розіб'ємо на непересічні підмножини А1 (/ = 1, ..., п), Л, п Л, = 0 при .Ф], число абонентів в безлічі А1 одно Ж, загальне число

    п

    абонентів в системі Ж = ^ N..

    ?= 1

    Абонентам, що належить кожному з підмножин А .., виділено безліч однаково доступний каналів С, С1 п С, = 0 при. Ф]; число каналів в безлічі С1 одно е .. Абоненти, що належать одному безлічі А .., зв'язуються між собою за багатьма однаково доступний каналів С, а належать різним множинам А1 і А] (ГФ]) - через центральну станцію, якій доступні всі канали системи.

    Нехай дана матриця зв'язків Г, елементами якої УКТ є середнє число виходів на зв'язок в одиницю часу від к-го абонента до т-му, тобто інтенсивність переговорів. Потоки вважатимемо пуассоновским, тривалості зв'язків незалежними і розподіленими по показовому закону з середнім значенням 1 / ц, матрицю Г-симетричною.

    Повний трафік мережі визначимо як

    Середній час очікування по системі в цілому

    T - jj XTi (с, л,).

    i -1 У

    (4)

    Оптимізація мережі полягає в знаходженні глобального мінімуму функції T при обмеженнях

    n

    на загальне число каналів j ct < зі і на середню доступ -, = 1 + 1 -Л

    ність абонентів до каналів - j Nc < а, де а - мак-

    i

    симально допустима середня доступність. Змінними параметрами є а ,, с, 1 < i < n, 1 < n< N.

    Це завдання нелінійного цілочисельного програмування, яку з урахуванням зазначених вище обмежень можна записати у вигляді:

    T ^ min,

    r = jjrkm.

    N

    Jс, - З < 0, -1 1N

    -jalc, -а< 0,

    N-i i i

    jj - 1T < 0

    (1)

    (5)

    Введемо ідентифікатор безлічі А. у вигляді вектора рядки

    С, = (ап, ..., Ок, ..., СN),

    де: с ь к = 1, якщо к-й абонент належить множині А1 і з к = 0 в іншому випадку. При введених позначеннях потік з безлічі А1 в безліч Aj визначимо як Яу = СГсТ, а матрицю потоків Л з елементами Л, можна представити у вигляді

    Л = Д-Г-А1

    (2)

    де всі ті 1 - цілі числа, а з ,- > 0 - виконавчі вектори рядка; Останнім рівність випливає з того, що Л, п Л, = 0 при .Ф] і і Л, = Л .

    На жаль, при великих значеннях N такого роду завдання важко можна розв'язати класичними методами цілочисельного програмування. Але з урахуванням ряду властивостей цільової функції і обмежень в роботі [4] запропоновано досить простий алгоритм оптимізації, що складається в итеративной процедурі об'єднання множин абонентів.

    У зазначеній роботі показано, що сумарний потік дорівнює різниці між подвоєним повним трафіком і сумарним внутрішнім потоком:

    де А '=

    "T _ T _ T C 1, -, C i, -, C n

    Потік Л, по безлічі каналів С. складається з зовнішнього потоку, що виходить від абонентів безлічі

    п

    А., рівного ^ Лу - Я ,, = С ГI- СГС, зовнішнього потоку,

    j = 1

    що входить до безліч А ,, рівного jXy - Xu = 1Tr х

    j = 1

    х ст- СГст, і внутрішнього потоку Л = СГсТ. Таким чином, з урахуванням симетричності матриці отримуємо:

    л = 2с Г1-сС.

    (3)

    Згідно [2, 3] середній час очікування по безлічі каналів С. представляється у вигляді:

    T (ci'л) = 1 Р (Л) ™

    де: P (с, Л) =

    Ц З -Л, / ц с,! - (1 -XJ ^ y

    k! ct! (1 -X / Mc,)

    л = jj X = 2Y-jj с, Г сс T.

    (6)

    З (6) випливає, що для зменшення середнього часу очікування при об'єднанні множин абонентів необхідно прагнути до зменшення сумарного потоку і збільшення сумарного внутрішнього потоку.

    Зазначене правило тягне за собою такий алгоритм формування множин абонентів, внутрішні потоки в яких досить великі. Реалізація алгоритму дозволила досліджувати наступний пороговий ефект, важливий для відомчих систем мобільного зв'язку. А саме зменшення доступності, відповідної вільному доступу (100%), до значення коефіцієнта зв'язності 15%, вимагає збільшення числа каналів тільки на 30-40%. При значенні же доступності 10% і менше число необхідних каналів зростає в кілька разів у порівнянні з вільним доступом. Звідси сле-

    k-1 m-1

    дме висновок про те, що можна без істотних витрат зменшити доступність абонентів до каналів до значення коефіцієнта зв'язності. Це особливо важливо у відомчих системах рухомого радіозв'язку, в яких кожен абонент пов'язаний з вельми обмеженим числом абонентів.

    Використання в таких системах запропонованого методу дає можливість мінімізувати середній час очікування за допомогою відповідного розбиття множини абонентів на групи і розподілу каналів по цих групах.

    література

    1. Пишкін І.М., Пантікян Р.Т., Шорін О.А. Ефективність частотного і кодового поділу в цифрових системах радіозв'язку // Тези доп. Всесоюзній НТК «Інтегральні інформаційні системи», Москва, 1989.

    2. Дем'янов А.І. Оцінка параметрів стрибків навантаження в стільникових мережах рухомого зв'язку // Електрозв'язок, 2002. № 1. С. 33-36.

    3. Башарин Г.П. Лекції з математичної теорії телетрафіка. М .: Изд-во РУДН, 2004. 186 с.

    4. Method for Point-to-Area Predictions for Terrestrial Services in the Frequency Range 30 to 3000 MHz / Recommendation ITU-R P. 1546. 2001.

    Відомості про авторів:

    Качанов Сергій Олексійович, д.т.н., професор, ФДМ ВНДІ ГОЧС (ФЦ), заступник начальника інституту з наукової роботи, сто двадцять одна тисяча триста п'ятьдесят дві, г Москва, вул. Давидковской, 7.

    Медведєв Микола Вікторович, к.т.н., доцент, МГТУ ім. Н.е. Баумана, начальник науково-дослідної лабораторії, г. Москва, ул. 2-я Бауманська, 5, стр. 1.

    Розробки ФГУ ВНДІ ГОЧС (ФЦ)

    / 87

    , - В. Резніков

    Аерокосмічний моніторинг:

    стан,

    проблемми,

    перспективи

    I

    Москва 2009

    УДК 528.88 (15)

    ББК 63,3

    Р 34

    Рецензенти: головний науковий співробітник ФДМ ВНДІ ГОЧС, д.т.н., професор Одинцов Л.Г., д.т.н. Винокуров Л.В.

    Резніков В.М. Аерокосмічна система моніторингу: стан, проблеми, перспективи / В.М.Резніков. - М .: ФГУ ВНДІ ГОЧС (ФЦ), 2009. - 200 с., Іл.

    ISBN 978-5-93970-026-8

    У монографії детально описується система космічного моніторингу надзвичайних ситуацій МНС Росії (СКМ НС), створена і розвивалася протягом десяти років колективом вчених ВНДІ ГОЧС.

    СКМ НС є наземну розподілену систему комплексів прийому і обробки космічної інформації, що поставляється вітчизняними та зарубіжними космічними апаратами в інтересах МНС Росії.

    Запропоновано методологію оцінки ефективності системи інформації для зниження ризиків надзвичайних ситуацій не тільки природних, а й частини техногенних НС.

    Проведений на основі розробленої методології аналіз ефективності моніторингу при прогнозі, виявленні, контролі змін і оцінці наслідків природних і техногенних НС дозволяє обгрунтувати раціональну трирівневу структуру і склад системи дистанційного моніторингу територій і об'єктів РФ.

    Пропонована трирівнева система моніторингу дозволяє властиве космічному моніторингу протиріччя між вимогами високого просторового і тимчасового дозволу, що забезпечує використання її даних не тільки для управління природними і поруч техногенних ризиків, але також відкриває перспективу збільшення ймовірності короткострокового прогнозу сильних землетрусів.

    Книга може представляти інтерес для розробників федеральної системи моніторингу територій, об'єктів і ресурсів Російської Федерації.

    © Резніков В.М. 2009

    © ФГУ ВНДІ ГОЧС 2009

    ПЕРЕДМОВА

    В сучасних умовах, коли зростають загрози виникнення природних і техногенних катастроф, особливого значення набувають розробка і впровадження передових технологій захисту і порятунку, модернізація існуючих і створення нових засобів і технологій. Тому не випадково з моменту зародження Рятувальною служби Росії одним з пріоритетних напрямків її діяльності стає розвиток наукових досліджень в області високих технологій, впровадження науково-технічних досягнень в практичну діяльність щодо попередження та ліквідації надзвичайних ситуацій та здійснення заходів цивільного захисту.

    Проведені в останні роки наукові дослідження дозволили розробити нові методи виявлення надзвичайних ситуацій, кількісної оцінки їх масштабів, систему прогнозування НС та їх можливих наслідків, поставити на службу МНС Росії космічні технології і багато інших досягнень науково-технічного прогресу. Метою даної книги було уявити, що відкриваються в останні роки, в зв'язку з розробкою дирижаблів нового покоління, альтернативні космічними технологіями можливості різкого підвищення ефективності дистанційного моніторингу територій і об'єктів РФ. Автор аналізує методи і способи використання даних технологій, основні напрями та шляхи їх подальшого розвитку.

    Аналіз можливостей створеної в МНС Росії Системи космічного моніторингу виявив існуючі проблеми, пов'язані з відсутністю космічної інформації з високою роздільною здатністю і необхідної оперативності, що знижує ефективність боротьби з природними НС і виключає її участь в ліквідації техногенних катастроф.

    Розроблена методологія дозволяє оцінити перспективи розвитку системи дистанційного моніторингу, пов'язані з новими досягненнями в науці і перспективами використання повітроплавальних апаратів, в тому числі для короткострокового прогнозу землетрусів.

    Начальник ФГУ ВНДІ ГОЧС (ФЦ), д.т.н., професор В.А. Акімов

    ЗМІСТ

    ВСТУП

    1. Надзвичайні ситуації на території Російської Федерації

    2. Сучасні технології дистанційного моніторингу Землі

    3. Наземна система прийому і обробки космічних даних ДЗЗ

    4. Модернізація СКМ НС

    5. Методологія оцінки ефективності аерокосмічної системи моніторингу

    6. Оцінка ефективності сегментів перспективної АКСМ

    7. Техніко-економічне обґрунтування використання ВПА

    ЛІТЕРАТУРНІ ДЖЕРЕЛА

    Електронна версія книги в форматі PDF

    http://elibrary.ru/item.asp?id=15017723


    Ключові слова: радіочастотний діапазон /транкінгові системи зв'язку /коефіцієнт зв'язності /адаптивне управління /radio-frequency band /trunking communication systems /degree of connectivity /Adaptive management

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити