Результат интеллектуальной деятельности: Способ максимизации степени адекватности модели системы связи

Изобретение относится к области моделирования систем связи и может быть использовано при проектировании систем связи для оценки их показателей.

Под системой связи (СС) будем понимать организационно-техническое объединение средств связи, развернутых в соответствии с решаемыми задачами и принятой системой управления для обмена всеми видами сообщений (информации) между пунктами (узлами связи), органами и объектами управления [А.Г. Ермишян. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях, соединениях. Часть 1. Методологические основы организационно-технических систем военной связи. ВАС, СПб. 2005 г., 741 с., стр. 71].

Моделирование - замещение одного исходного объекта другим объектом, называемым моделью, и проведение экспериментов с моделью с целью получения информации о системе путем исследования свойств модели [Т.Н. Алиев. Основы моделирования дискретных систем. СПб, СПбГУ ИТМО, 2009 г., 363 с., стр. 8].

В настоящее время известны способы моделирования систем связи.

Известен способ моделирования процессов обеспечения технической готовности сетей связи при технической эксплуатации [Патент 2336566 Российская Федерация, МПК G06N 1/00 (2006.01). Способ моделирования процессов обеспечения технической готовности сетей связи при технической эксплуатации и система для его реализации. / Гречишников Е.В., Поминчук О.В., Иванов В.А., Белов А.С., Карелин Д.А., Дроздов А.С.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России). - 2006143248/09, заявл. 06.12.2006; опубл. 20.10.2008, бюл. №29. - 17 с.] В способе определяют схемотехнические характеристики элементов сложной технологической структуры (СТС), устанавливают их взаимосвязи, разделяют все связи между всеми элементами принципиальной схемы СТС на основные и резервные, задают произвольную комбинацию повреждений элементов СТС, определяют значения показателя аварийности состояния связей между элементами СТС, в случае неравенства этого показателя нулевому значению восстанавливают работоспособность СТС, изменяя ее замещением поврежденных связей резервными, определяют значения показателя восстановления работоспособности СТС и вырабатывают прогноз состояния измененной СТС, производят описание структуры сети связи, моделируют процесс обеспечения технической готовности при эксплуатации сети связи, имитируют различные виды отказов, повреждений и сбоев основных элементов сетей связи, обеспечение технической готовности сетей связи моделируют на нескольких уровнях, причем на первом уровне (оперативном) обеспечение технической готовности моделируют за счет введения резервных линий (каналов) связи, на втором уровне (оперативно-техническом) обеспечение технической готовности моделируют за счет введения резервных средств связи, на третьем (техническом) уровне обеспечение технической готовности моделируют за счет проведения восстановления отказавших (поврежденных) средств связи, осуществляют сбор статистики и прогнозирование технического состояния основных элементов сетей связи, осуществляют расчет основных показателей функционирования сетей связи.

Недостатком способа является то, что моделируется только применение объектов по назначению, восстановление (реконфигурация) сетей связи осуществляется только после воздействий, учитываются не все показатели, определяемые требованиями к связи [А.Г. Ермишян. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях, соединениях. Часть 1. Методологические основы организационно-технических систем военной связи. ВАС, СПб. 2005 г., 741 с., стр. 335-339], не производится оценка степени адекватности модели.

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям аналогом (прототипом) к заявленному является способ адаптивного повышения адекватности модели системы связи [Патент 2562767 Российская Федерация, МПК G06N 5/00 (2006.01). Способ адаптивного повышения адекватности модели системы связи. / Алисевич Е.А., Закалкин П.В., Кириллова Т.В., Стародубцев Ю.П., Сухорукова Е.В., Чукариков А.Г.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный торгово-экономический университет". - 2014111876/08, заявл. 27.03.2014; опубл. 10.09.2015, бюл. №25. - 14 с.] Способ-прототип заключается в том, что описывают структуру сети связи, формируют модель системы связи с демаскирующими признаками ее элементов до начала функционирования, с использованием модели системы связи имитируют служебную и оперативную нагрузку, имитируют возникновение демаскирующих признаков элементов системы связи, процессы их обнаружения и распознавания, имитируют возникновение различных видов отказов, повреждений и сбоев основных элементов системы связи, рассчитывают вероятность своевременной передачи сообщений в системе связи, сравнивают рассчитанное значение вероятности своевременной передачи сообщений с требуемым, в случае несоответствия требуемому значению реконфигурируют моделируемую систему, в случае выполнения требования рассчитывают значение вероятности правильного приема сообщений, сравнивают рассчитанное значение вероятности правильного приема сообщений с требуемым, в случае несоответствия требуемому значению реконфигурируют моделируемую систему, в случае выполнения требования рассчитывают значение показателя разведзащищенности моделируемой системы связи и сравнивают с требуемым значением, в случае несоответствия показателя разведзащищенности требуемому значению реконфигурируют моделируемую систему связи, в случае соответствия требуемому значению проверяют, проводился ли расчет степени адекватности модели, если расчет степени адекватности модели ранее проводился, то рассчитывают степень адекватности модели ε₁, ε₂, ε₃ по полученным новым значениям показателей, проверяют выполнение условия ε₁≥ε_тр1 для значения вероятности своевременной передачи информации, в случае не выполнения условия определяют параметры, влияющие на данный показатель, осуществляют их корректировку при моделировании системы связи, повторяют вышеперечисленные действия для оценки степени адекватности модели по значению вероятности правильного приема сообщений ε₂ и показателя разведзащищенности ε₃, если расчет степени адекватности не проводился, проверяют развернута система связи, если система связи развернута ее реконфигурируют, в случае не выполнения условия развертывают реальную систему связи, па которой измеряют значения параметров демаскирующих признаков, в реально функционирующей системе связи разворачивают систему комплексного мониторинга, измеряют значения параметров всех характеристик развернутой системы связи, на основе измеренных значений рассчитывают вероятность своевременной передачи сообщений в реально функционирующей системе связи, сравнивают рассчитанное значение вероятности своевременной передачи сообщений с требуемым, в случае несоответствия требуемому значению реконфигурируют моделируемую систему, в случае выполнения требования рассчитывают значение вероятности правильного приема сообщений в реально функционирующей системе связи, сравнивают рассчитанное значение вероятности правильного приема сообщений с требуемым, в случае несоответствия требуемому значению реконфигурируют моделируемую систему, в случае выполнения требования рассчитывают значение разведзащищенности в реально функционирующей системе связи, сравнивают рассчитанное значение разведзащищенности с требуемым, в случае несоответствия требуемому значению реконфигурируют моделируемую систему, в случае выполнения требования рассчитывают степень адекватности модели ε₁, ε₂, ε₃ по полученным новым значениям показателей, учтенных при моделировании, проверяют выполнение условия ε₁≥ε_тр1 для значения вероятности своевременной передачи информации, в случае не выполнения условия определяют параметры, влияющие на данный показатель, осуществляют их корректировку при моделировании системы связи, повторяют вышеперечисленные действия для оценки степени адекватности модели по значению вероятности правильного приема сообщений ε₂ и показателю разведзащищенности ε₃.

Недостатком способа-прототипа является отсутствие взаимосвязи показателей системы связи, что снижает степень адекватности модели. Основные показатели системы связи взаимосвязаны. Можно предположить, что все показатели связаны «каждый с каждым», при этом каждый из них может быть оценен рядом параметров. [Стародубцев Ю.И., Евграфов А.А., Сухорукова Е.В. Проблема формирования системы показателей для оценки защищенности информационно-телекоммуникационных сетей. Проблемы экономики и управления в торговле и промышленности. 2014. №3. С. 80-86.]. Одни и те же параметры могут оказывать влияние на один, несколько или все выбранные показатели. При изменении значений параметров изменяются значения показателей. Таким образом, значение ранее рассчитанного показателя может не соответствовать требуемому после расчета и приведения к требуемому уровню последующих значений показателей.

Техническим результатом изобретения является устранение или существенное уменьшение в указанных выше способах недостатков, в том числе расширение функциональных возможностей технических решений за счет обеспечения максимизации степени адекватности модели системы связи и сокращения времени создания адекватной модели.

Технический результат достигается тем, что в известном способе адаптивного повышения адекватности модели системы связи, заключающемся в том, что описывают структуру сети связи, формируют модель системы связи с характерными признаками ее элементов до начала функционирования, при моделировании системы связи имитируют служебную и оперативную нагрузку, имитируют возникновение различных видов отказов, повреждений и сбоев основных элементов системы связи и появления на их основе демаскирующих признаков, дополнительно задают множества значимых показателей (Р) и параметров (П), влияющих на показатели, задают интервал и шаг изменения всех параметров в соответствии с возможностями реальной системы связи, измеряют значения всех показателей реальной системы связи (P_R) из заданного множества, последовательно выбирают любым способом показатели модели системы связи (Р_м) из заданного множества, последовательно рассчитывают значения выбранного показателя (Р_м) при всех возможных значениях параметров в заданном интервале изменения параметров модели начиная с минимальных до максимальных с заданным шагом, запоминают рассчитанные значения показателя, рассчитывают значения степени адекватности модели системы связи по выбранному показателю (ε) для всех его значений, полученные значения степени адекватности модели по выбранному показателю (ε) записывают в таблицу, в таблице значений степени адекватности определяют минимальное значение степени адекватности модели системы связи по выбранному показателю (ε), определяют значения параметров, соответствующих минимальному значению степени адекватности модели системы связи по выбранному показателю (ε), корректируют исходные интервалы изменения параметров, в соответствии с полученными значениями, значения последующего показателя рассчитывают с учетом скорректированных исходных данных, повторяют вышеперечисленные действия для всего заданного множества показателей.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественные всем признакам заявленного решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований 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 способ.

Заявленный способ поясняется чертежами:

фиг. 1 - блок-схема способа максимизации степени адекватности модели системы связи;

фиг. 2 - таблица значений степени адекватности;

фиг. 3 - рисунок, поясняющий порядок корректировки интервалов изменения параметров, влияющих на показатели.

Реализовать заявленный способ предлагается в виде блок-схемы, показанной на фиг. 1.

В блоке 1 происходит ввод исходных данных. Исходными данными являются:

- данные о системе связи: состав, структура системы связи; матрица связности системы связи; матрица маршрутизации; матрица приоритетов сообщений, передаваемых по системе связи;

- заданные значения вероятностей: обнаружения демаскирующих признаков (ДМП) элементов системы связи Р_обн и распознавания ДМП элементов системы связи Р_расп;

- явления характерных ДМП элементов системы связи;

- данные по оперативной и служебной нагрузке (пределы изменения величин, законы изменения величин);

- множества значимых показателей Р∈[P₁, Р₂ … Р_n] системы связи и параметров П∈[П₁, П₂ … П_m], влияющих на показатели Р=ƒ(П₁, П₂, … П_m);

- интервал П∈[min, max] и шаг ΔП₁, ΔП₂ … ΔП_m изменения всех параметров в соответствии с возможностями реальной системы связи.

В качестве показателей системы связи могут быть выбраны, например, своевременность, достоверность, безопасность [Ермишян А.Г., Мокрый Ю.В., Сивак А.А., Цветинский О.В. Теоретический компонент современных информационных систем и технологий: Монография / Под общ. Ред. Доктора воен. Наук, профессора А.Г. Ермишяна. СПб.: Санкт-Петербургский военный институт внутренних войск МВД России, 2013. 512 с., стр. 14-23].

Своевременность - способность связи обеспечить передачу и доставку сообщений или ведение переговоров в заданное время [Советская военная энциклопедия. Т. 7. М.: Воениздат, 1979. - 687 с., стр. 271].

Достоверность - способность связи обеспечивать прием переданных сообщений с заданной точностью (Советская военная энциклопедия. Т. 7. М.: Воениздат, 1979. - 687 с., стр. 271).

Безопасность - состояние защищенности связи с помощью совокупности специальных средств и методов, а также организационных мер с целью сохранения таких ее качественных характеристик (свойств), как разведзащищенность и иммитостойкость, определяющую способность связи противостоять вводу в нее ложной информации. [Министерство обороны Российской Федерации. Энциклопедия. [Офиц. сайт] LJRL: http://encyclopedia.mil.ru/encyclopedia/dictionary/details.htm?id=12641@morfDictionary. Дата обращения 08.12.2017].

Критерии оценки и количественные показатели своевременности, достоверности и безопасности связи описаны в [А.Г. Ермишян. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях, соединениях. Часть 1. Методологические основы организационно-технических систем военной связи. ВАС, СПб. 2005 г., 741 с., стр. 335-339].

В блоке 2 происходит формирование модели системы связи с характерными признаками ее элементов до начала функционирования. Формирование модели системы связи является известной процедурой и проводится по правилам, изложенным в кн. [Иванов Е.В. Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. СПб.: ВАС, 1992. - 206 с., стр. 109-124].

В блоке 3 происходит имитация служебной и оперативной нагрузки.

Служебная электросвязь - предоставление и использование услуг электрической связи для организации технологических процессов на сетях связи, а также для оперативно-технического и административного управления ими [Федеральный закон «О связи» от 07.07.2003 №126-ФЗ].

Оперативная связь - передача и прием деловой информации в пределах учреждения, предприятия и т.д. [Большой энциклопедический политехнический словарь, 2004].

В блоке 4 происходит имитация возникновения различных видов отказов, повреждений и сбоев основных элементов СС и появления на их основе демаскирующих признаков (ДМП).

Имитация возникновения отказов, сбоев элементов СС и появления на их основе ДМП осуществляется с использованием известных методов генерации (имитации), зависящих от вида распределения разыгрываемых величин, характеризующих математические ожидания времени возникновения внешних воздействий [Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992. С. 9-18; Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World: Учеб. пособие. - СПб.: БХВ-Петербург 2,004. - 368 с.].

В блоке 5 измеряют значения всех показателей реальной системы связи (Р_R) из заданного множества. Множество показателей СС задается в исходных данных. Расчет значений показателя модели СС производится для текущего состояния системы связи.

В блоке 6 последовательно выбирают любым способом показатели модели системы (Р_м) связи из заданного множества. Выбор осуществляется из заданного в исходных данных множества. В качестве способа выбора показателя может быть выбран способ, заключающийся в выборе показателя по степени его значимости для выполнения задач моделирования системы связи.

Например, выбран показатель P₁ из множества Р.

В блоке 7 производят последовательно расчет значений выбранного показателя (Р_м) при всех возможных значениях параметров в заданном интервале изменения параметров модели системы связи, начиная с минимальных, до максимальных с заданным шагом. Например, рассчитывают значение показателя Р₁ при минимальных значениях всех параметров, влияющих на него Р_1min=ƒ(П_1min, П_2min … П_mmin). Изменяют значения параметров с шагом ΔП₁, ΔП₂ … ΔП_m и производят повторный расчет показателя, в соответствии с новыми значениями параметров P₁₁=ƒ(П₁+ΔП₁, П₂+ΔП₂ … П_m+ΔП_m). Аналогично проводят расчет значений показателя для всех возможных значений параметров до их максимального значения P_1max=ƒ(П_1max, П_2max … П_mmax).

В блоке 8 запоминают рассчитанные значения показателя.

В блоке 9 рассчитывают значения степени адекватности модели системы связи по выбранному показателю (ε) для всех его значений.

Выражение для расчета степени адекватности по показателю в общем виде имеет вид:

где Р_м - значение выбранного из множества показателя модели СС,

P_R - значение этого же показателя реальной СС.

Тогда, выражение для расчета значения степени адекватности по показателю Р₁:

,

где Р_1м - значение показателя Р₁, модели СС,

P_1R - значение показателя Р₁ реальной СС.

В блоке 10 происходит запись полученных значений степени адекватности модели по выбранному показателю (ε) в таблицу значений степени адекватности (фиг. 2), где

где ε_1min - значение степени адекватности модели системы связи для выбранного показателя, рассчитанного при минимальных значениях параметров, влияющих на него;

ε₁₁ - значение степени адекватности модели системы связи для выбранного показателя, рассчитанного при изменении значений параметров с шагом ΔП₁, ΔП₂ … ΔП_m;

ε_1max - значение степени адекватности модели системы связи для выбранного показателя, рассчитанного при максимальных значениях параметров, влияющих на него;

P_1min - значение выбранного из заданного множества показателя системы связи Р₁, рассчитанное при минимальных значениях параметров, влияющих на него;

Р₁₁ - значение выбранного из заданного множества показателя системы связи P_l, рассчитанное при изменении значений параметров, влияющих на него с шагом ΔП₁, ΔП₂ … ΔП_m;

P_1max - значение выбранного из заданного множества показателя системы связи Р₁, рассчитанное при максимальных значениях параметров, влияющих на него.

В блоке 11 по таблице значений степени адекватности определяют минимальное значение степени адекватности модели системы связи по выбранному показателю (ε). Например, для показателя P₁ определяют минимальное значение степени адекватности модели системы связи по показателю P₁ - ε₁.

В блоке 12 определяют значения параметров, соответствующих минимальному значению степени адекватности по выбранному показателю (ε). Для этого необходимо по таблице значений степени адекватности определить значение какого показателя соответствует минимальному значению степени адекватности модели системы связи по выбранному показателю (ε). Далее определяют, но каким значениям параметров П₁, П₂, … П_m рассчитано значение этого показателя.

В блоке 13 производится корректировка исходных интервалов изменения параметров, в соответствии с полученными значениями. Значения параметров, соответствующие минимальному значению степени адекватности модели СС по выбранному показателю (ε) фиксируются и в соответствии с этими значения корректируются интервалы изменения параметров , , …, , где , , …, - значения параметров, соответствующих минимальному значению ε. Таким образом, исходные интервалы изменения параметров сужаются. Детально действие поясняется чертежом (фиг. 3).

В блоке 14 проверяют, все ли показатели модели СС из заданного в исходных данных множества рассчитаны. В случае невыполнения условия повторяют вышеописанные действия для расчета всех показателей заданного множества. Расчет значения последующего выбранного показателя модели системы связи производится с учетом скорректированных исходных данных, учитывая взаимозависимость показателей. В случае выполнения условия переходят к блоку 15.

В блоке 15 осуществляется вывод результатов моделирования.

Выходными данными являются: максимальное значение степени адекватности модели системы связи.

Таким образом, в способе учитывается взаимосвязь показателей системы связи, осуществляется выбор минимального значения степени адекватности по каждому показателю, расчет последующих значений показателей осуществляется с учетом скорректированных исходных данных, что позволяет максимизировать степень адекватности модели системы связи в целом, не использовать метод прямого перебора и тем самым сократить время на создание адекватной модели системы связи. Таким образом, технический результат достигнут.