Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
25
МІНІСТЕРСТВО ТРАНСПОРТУ і ЗВ’ЯЗКУ УКРАЇНИ
Український науково-дослідний інститут зв’язку
_________________________________________________________________
рудик Людмила Володимирівна
УДК 621.396.662.072.078
підвищення показників якості локальних систем
і пристроїв управління мережами телекомунікацій
05.12.02 –телекомунікаційні системи та мережі
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ- 2006
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті зв’язку Міністерства транспорту і зв’язку України.
|
Науковий керівник: |
доктор технічних наук, професор, Беркман Любов Наумівна Український науково-дослідний інститут зв’язку, провідний науковий співробітник |
|
Офіційні опоненти: |
доктор технічних наук, професор Семенко Анатолій Іларіонович Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, професор кафедри телекомунікаційних систем кандидат технічних наук Толюпа Сергій Васильович, Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації НТУУ „КПІ”, докторант |
Провідна установа: Харківський Національний університет радіоелектроніки МОН України, м. Харків
Захист відбудеться „___”_березня__ 2006 р. о_____годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.849.01 при Українському науково-дослідному інституті зв’язку за адресою: 03110 , м. Київ-110, вул. Солом’янська, 13.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Українського науково-дослідного інституту зв’язку за адресою : 03110 , м. Київ-110, вул. Солом’янська, 13.
Автореферат розісланий „__”_лютого_ 2006р.
|
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради |
В.Ф. Михайлов |
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Вступ. Завданням управління телекомунікаціями є забезпечення тривалої та якісної роботи засобів і мереж телекомунікацій у процесі їх постійного вдосконалення та розвитку в умовах різноманітних змінних впливів. Мережі телекомунікацій є складними об’єктами управління, які потребують розподільної системи. Управління –це багатофункціональний процес. У загальному вигляді відповідно до функціонального призначення види управління мережами та послугами телекомунікацій можна згрупувати як технічне, функціональне, оперативне та координаційне (адміністративне управління й управління розробками та розвитком) управління. Всі види управління взаємозв’язані і можуть бути реалізовані лише за наявності системи управління, яка повинна бути комплексною, тобто виконувати функції управління їх взаємозв’язку. Якщо упорядкувати функції управління за їх ієрархією, то систему управління телекомунікаціями можна уявити у вигляді логічної моделі, що складається з п’яти логічних рівнів. Нижній рівень складається із мережних ресурсів (елементів мережі), а верхні рівні –це рівні управління (знизу вгору): елементами мережі, мережею, послугами і діяльністю (рівні управління послугами та діяльністю –тобто адміністративне управління). Інтелектуалізація мереж телекомунікацій, що відбувається нині, потребує управління такими мережами за протоколами, незалежними від послуг, які, в свою чергу, надаються різними операторами та/або постачальниками в межах усієї мережі незалежно від типів застосованих у ній технічних засобів. Для взаємодії розподілених компонентів управління в єдиній системі, а також для реалізації нею функцій управління, необхідна мережа, якою передається інформація управління. Це зумовило розробку концепції мережі управління телекомунікаціями TMN (Telecommunication Management Network).
Мережа, будова якої ґрунтується на концепції TMN, забезпечує функції управління мережами і послугами телекомунікацій, а також надає зв’язок між своїми складовими частинами, нею самою і телекомунікаційними мережами, послугами та іншими мережами управління телекомунікаціями (іншими TMN). Принцип логічного відділення мережі управління телекомунікаціями TMN від власне мереж та послуг телекомунікацій, якими вона управляє, дають можливість здійснювати розподіл функцій TMN таким чином, що можна реалізовувати централізоване або децентралізоване управління. Тобто мережа управління телекомунікаціями дає змогу операторам телекомунікацій з кількох центрів здійснювати управління широкою номенклатурою розподіленого обладнання, мереж та послуг. У межах концепції TMN здійснюється управлінням комплексом засобів та заходів, які дають можливість забезпечити обмін та обробку інформації управління з метою вдосконалення роботи Адміністрацій зв’язку. При цьому допускається мати необмежену кількість мереж управління телекомунікаціями в межах однієї Адміністрації зв’язку або об’єднану (єдину) мережу управління телекомунікаціями для кількох Адміністрацій зв’язку. Одним із основних складових системи управління TMN є аналіз функціонування груп мережних елементів та усунення розузгодження потрібних значень регульованих величин, що характеризують об’єкт управління від потрібних значень. Концептуально мережа управління телекомунікаціями TMN є окремою мережею, що з’єднується з мережею телекомунікацій в окремих точках для взаємообміну інформацією з метою управління мережею телекомунікацій. Для своїх цілей вона може використовувати частини мережі телекомунікацій. Основними показниками якості локальної системи управління, яка є складовою складної системи на рівні управління мережею зв’язку, є швидкість і швидкодія.
Тому тема досліджень з проблем поліпшення основних показників якості локальних систем і пристроїв управління мережами телекомунікацій є доцільною і своєчасною.
Актуальність теми та стан питання
Одним з найважливіших завдань розвитку телекомунікацій є створення ефективної автоматизованої системи управління. Вирішенню проблем синтезу різноманітних автоматизованих систем управління, суміжних проблем побудови систем синхронізації і управління ними, розвитку теорії оптимізації та теорії інформації присвячена велика кількість наукових робіт вітчизняних та зарубіжних вчених таких, як Афанасьєв В.В., Лазарєв В.Г., Нейман В.І., Нетес В.А., Романов А.І., Михайлов В.Ф., Поспєлов Г.С., Зайцев Г.Ф., Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Балашов В.О., Хиленко В.В., Захарченко Н.В., Архіпов Н.І., Волкова В.Н., Красовський А.А., Фельдбаум А.А., Новосьолов А.І. та інші.
Разом з тим слід зазначити, що в умовах розмаїття телекомунікаційних та інформаційних технологій, їх швидкого прогресу та конвергенції, різноманітності типів та розгалуженості мереж, зростаючого попиту користувачів на нові послуги та підвищення вимог до їх якості, конкуренції на ринку телекомунікацій тощо, виникають усе нові й нові задачі, пов’язані з оптимізацією управління мережами телекомунікацій. Відповідно набуває особливої ваги визначення та вирішення різноманітних наукових проблем і задач підвищення показників якості систем і пристроїв управління –від загальномережних та загальнооператорських задач оптимізації управління, пов’язаних з побудовою надійних, ефективних, гнучких структур до підвищення надійності, точності, швидкодії окремих компонент - систем управління та контролю їх ефективності.
Дисертаційна робота присвячена вирішенню задач підвищення точності і швидкодії систем і пристроїв управління мережами та послугами телекомунікацій, наукові розробки якої сприяють реалізації Комплексної програми єдиної національної системи зв’язку України, є актуальною.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами
Обраний напрямок досліджень безпосередньо пов’язаний з напрямками науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт, що проводились протягом 2000 –років в Українському науково-дослідному інституті зв’язку та Київському інституті зв’язку Української державної академії зв’язку ім. О.С.Попова, ДУІКТ відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України від 29.10.1998 року №1708-060 „Про управління Єдиною національної системою зв’язку України в особливий період”, тематичних планів, затверджених Державним комітетом зв’язку та інформатизації України. Тема: ”Розробка проектів нормативно-методичних документів, необхідних для забезпечення функціонування систем оперативно-технічного управління телекомунікаційними мережами”, державний реєстраційних номер № 0105U006412.
Мета і завдання дослідження
Метою дисертаційної роботи є підвищення показників якості локальних систем управління мережами телекомунікацій. Об’єктом дослідження є локальні системи управління мережами зв’язку, а предметом дослідження –показники якості цієї системи: точність і швидкодія її складових компонентів.
Для досягнення поставленої мети проведено системний аналіз принципів побудови сучасних систем управління мережами зв’язку та визначені пріоритетні завдання підвищення показників їхньої якості.
При цьому вирішуються наступні завдання:
Методи дослідження, що використані в роботі: методи системного аналізу, елементи методів теорії ієрархічних багаторівневих систем, методи теорії інформації, операторний метод вирішення неоднорідних диференціальних рівнянь, теорія інваріантності, методи оптимального управління, методи моделювання на ЕОМ.
Наукова новизна одержаних результатів роботи конкретно полягає у наступному:
- розроблено методику синтезу коригуючих пристроїв замкненого контуру локальних систему правління мережами зв’язку з принципом управління по відхиленню із умови підвищення точності в усталених режимах;
- проведено розробку структури і методику синтезу локальних систем управління мережами зв’язку із умови підвищення точності в усталених режимах за допомогою диференціальних зв’язків при детермінованих збуреннях в класі систем з управлінням по відхиленню та врахуванні умов фізичної реалізації диференціальних зв’язків;
- запропоновано структуру і методику синтезу локальних систем управління мережами зв’язку із умови підвищення швидкодії шляхом компенсації повільно загасаючих компонентів перехідною складової похибки за допомогою диференціювання зв’язків по збуренню з урахуванням умов фізичної їх реалізації;
- розроблено методику синтезу локальних систем управління мережами зв’язку із умови підвищення швидкодії шляхом мінімізації квадратичних інтегральних оцінок за допомогою диференціальних зв’язків по збуренням;
- розроблено методику синтезу локальних систем управління мережами зв’язку із умови підвищення точності шляхом мінімізації середньоквадратичної похибки (СКП) при випадкових збуреннях за допомогою диференціальних зв’язків по збуренням при врахуванні умов їх фізичної реалізації;
- проведено синтез систем управління з інваріантними характеристиками завадостійкості.
Вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій, виведених в роботі, досягаються ретельним багатостороннім системним аналізом реально існуючих процесів у сфері телекомунікацій взагалі та в об’єкті дослідження зокрема, коректним використанням методів досліджень та математичного апарату, підтверджуються результатами аналітичних доведень результатів через математичні перетворення, результатами експериментальної перевірки та моделювання на ЕОМ.
Практичне значення одержаних результатів
Результати дисертаційної роботи знайшли практичне застосування в науково-дослідних роботах Українського науково-дослідного інституту зв’язку, в навчальних посібниках, які використовуються в навчальному процесі Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій, що підтверджуються актами впровадження, які наведено в додатку до дисертаційної роботи.
Особистий внесок здобувача
У дисертаційній роботі особисто автором проведено наступні дослідження: порівняльний аналіз побудови структур локальних систем автоматичного управління мережами зв’язку; розроблено методики синтезу коригуючих пристроїв замкненого контуру локальних систем управління мережами зв’язку з принципом управління по відхиленню із умови підвищення точності в усталених режимах; запропоновано структуру і методику синтезу локальних систем управління мережами зв’язку із умови підвищення точності в усталених режимах та перехідних режимах за допомогою диференціальних зв’язків шляхом компенсації початкових значень повільно загасаючих компонентів перехідної складової похибки та мінімізація квадратичної інтегральної оцінки з урахуванням умов фізичної реалізації зв’язків, розроблено методики синтезу локальних систем управління мережами зв’язку із умови підвищення точності шляхом мінімізації середньоквадратичної похибки (СКП) за допомогою диференціальних зв’язків по збуренням.
Апробація результатів дисертації
Основні теоретичні і практичні результати дисертаційної роботи доповідались на науково –технічних конференціях професорсько–викладацького складу і наукових співробітників Державного університету інформаційно–комунікаційних технологій (Київ, 2003-2005 рр.); на міжнародних науково-технічних конференціях „Системи та засоби передачі і обробки інформації” (Одеса, 2004-2005 р. р., ”СЗПОІ”) і на секції НТР Українського науково-дослідного інституту зв’язку (Київ, 2005); на науково-технічному семінарі Одеської національної академії зв’язку ім. О.С.Попова.
Публікації
На тему дисертаційної роботи опубліковано 13 наукових праць, в тому числі 2 навчальних посібники, 9 статей в науково-технічних журналах, збірниках наукових праць та 2 матеріали доповідей на науково-технічних конференціях.
Структура та обсяг дисертації
Дисертаційна робота складається із вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи складає 148 с. друкованого тексту, у тому числі містить 16 с. рисунків, 1 с. таблиць, 5 с. документів, що підтверджують впровадження результатів досліджень. Список використаних джерел на 12 с. і включає 145 найменувань.
Основний зміст
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано задачі, мету, визначено об’єкт, предмет та методи вирішення задач дослідження, відображено основні наукові результати і їх практичне значення, викладена загальна характеристика роботи. Приведено дані про особистий внесок автора, а також публікації за темою дисертації.
В першому розділі представлено аналіз методів управління локальних систем управління мережею зв'язку (СУМЗ) другого рівня TMN (telecommunication management network). Досліджено керовану величину , яка на практиці з ряду причин відхиляється від необхідного значення. Однією з цих причин є вплив різного роду зовнішніх збурюючих діянь на об'єкт. Другою причиною є вплив зміни параметрів об'єкта або інших елементів системи, тобто вплив параметричних збурюючих впливів. Третя причина, що викликає відхилення від , зумовлена зміною необхідного значення керованої величини. Якщо необхідне значення керованої величини змінюється, то для відповідної зміни дійсного значення керованої величини необхідно змінювати вплив на вході об'єкта. При зміні ж діяння на вході об'єкту, що володіє інерційністю, виникає перехідний процес, протягом якого вихідна величина не буде відповідати необхідному значенню. Відхилення керованої величини від необхідного значення може виникати не тільки в перехідному, але й в усталеному динамічному режимі, коли необхідне значення змінюється, наприклад, з постійною швидкістю та постійним прискоренням. Відхилення від під впливом наведених причин може досягати неприпустимо великих значень, при яких порушується забезпечуваний об'єктом технічний процес. Виникає задача зменшення відхилень керованих величин об'єктів від необхідних значень. Ця проблема і є основною задачею управління, яка вирішується в системах, побудованих на основі трьох основних принципів.
На сьогоднішній день в мережах зв'язку України широко впроваджується система управління (СУ) TMN у якості основної управляючої системи.
В розділі проведено аналіз принципів роботи системи управління на базі TMN. Для цієї системи керована мережа є сукупність різних об'єктів та їх параметрів. Процес управління можна представити як функціонування всіх п'яти рівнів від першого –елементів керованої мережі, до п'ятого –адміністративного управління, це процес взаємодії окремих локальних підсистем. Для визначення основних імовірносно-часових характеристик системи управління TMN найбільш адекватною моделлю є модель системи автоматичного управління.
Проведено аналіз найважливіших параметрів СУ як точність і швидкодія, проаналізовано роботу другого рівня - управління елементами. На цьому рівні необхідно підтримувати робочі характеристики керованого об’єкта в необхідному стані. Встановлено, що задача усунення або зменшення відхилення керованих величин об’єкта управління (ОУ) від необхідних значень (задача управління) зводиться до знаходження необхідної залежності діянь на виходах ОУ, зміни необхідних значень керованих величин, характеристик ОУ, і реалізації цієї залежності апаратурно або програмно на ЕОМ. Проведено дослідження залежно від способів формування керуючого діяння принципів управління: за збуренням, за відхиленням керованої величини від необхідного значення, комбінованого управління.
Функціональна схема СУМЗ із принципом управління за збуренням зображена на рис. 1.
Рис. 1. Функціональна схема СУМЗ з управлінням за збуренням:
ЗП –задавальний пристрій; АУП - автоматичний управляючий пристрій; ОУ –об’єкт управління; БВВ –блок вимірювання впливів; БВУВ –блок вимірювання управляючих величин; ЗКС –загальний канал сигналізації; - збурюючі впливи; - управляючі величини; - задавальні діяння; - управляючі діяння;
- вимірені збурюючі діяння
Збурюючі діяння надходять на об'єкт управління ОУ і впливають на керовані величини , викликаючи їх відхилення від необхідних значень. Показано, що СУМЗ із принципом управління за збуренням мають два канали впливу збурюючих діянь на керовані величини : канал недостовірного надходження збурюючих діянь на ОУ і канал, утворений зв'язками по збуреннях через блок БВВ та АУП. Другий канал є штучно створеним компенсаційним каналом. Тобто, СУМЗ із принципом управління за збуренням є двоканальними системами. Для СУМЗ із принципом управління за збуренням алгоритм управління має загальний вид:
,
тобто керуючий вплив є функцією збурюючого діяння.
Принцип управління по задавальному діянню застосовується в тих випадках, коли змінюється необхідне значення керованої величини, і основним фактором, що викликає значне відхилення керованої величини від необхідного значення, є зміна задавального діяння на вході інерційного об'єкта (вихідної системи).
Також досліджено локальну СУМЗ із управлінням за відхиленням. Алгоритм управління локальної СУМЗ за відхиленням має наступний вигляд:
,
де –відхилення керованої величини від необхідного значення . У СУМЗ із принципом управління за відхиленням керуючі діяння створюються у результаті перетворення сигналів відхилень, а не самих факторів, що викликають відхилення, наприклад, збурюючого діяння (тобто в результаті перетворення наслідку, а не самої причини). Тому воно нездатне забезпечити на ОУ зворотне діяння без запізнювання в порівнянні із збурюючим діянням. Отже, принцип управління за відхиленням не надає можливості повного усунення відхилення, тобто досягнення абсолютної інваріантності.
У техніці зв'язку та управління широко застосовують системи з комбінованим принципом управління, поєднуючи принципи управління за відхиленням та збуренням одночасно, тому в розділі ці системи розглянуто докладно. У комбінованих СУМЗ принцип управління здійснюється за допомогою головного зворотного зв'язку, а принцип управління за збуренням - за допомогою компенсаційних зв'язків.
З урахуванням поведених досліджень структурна схема СУМЗ з комбінованим управлінням представлена на рис. 2.
Рис. 2 Еквівалентна структурна схема СУМЗ з комбінованим управлінням
Можливість досягнення високої точності в комбінованих системах пояснюється основною властивістю цих систем –відсутністю протиріччя між умовами інваріантості і стабільності. Аналіз комбінованої СУМЗ при одному збуренні справедливий і для СУМЗ із багатьма збуреннями. При цьому для кожного збурення будується одновимірна модель системи і визначається оператор компенсаційного зв'язку за цим збуренням. За допомогою комбінованого принципу управління можна досягти високих показників якості в усталених і перехідних режимах порівняно простими технічними засобами за рахунок компенсаційних каналів за основними збуреннями. При цьому в таких системах з'являється можливість досягнення інваріантності управляючої величини від основних збурень. При реалізації компенсаційних зв'язків за всіма збуреннями складність СУМЗ зростає, а надійність її зменшується.
Вирішення зазначених питань являється суттю подальшого проведення досліджень і практичної реалізації, що визначають мету та задачі дисертаційної роботи.
У другому розділі досліджується структура локальної розімкненої СУМЗ різних порядків, запропоновано нові різні структури аналогових та цифрових СУМЗ, розроблено методику синтезу оптимальних за швидкодією СУМЗ.
Розімкнені СУМЗ знаходять використання в якості локальних систем TMN другого рівня та в інших пристроях зв’язку.
Принцип управління за збуренням полягає в тому, що відхилення від необхідного значення керованої величини викликається збурюючим діянням . Це діяння вимірюється, і в результаті його перетворення створюється управляюче діяння , яке, будучи прикладеним до об’єкта управління ОУ, викликає компенсуюче відхилення керованої величини протилежного знаку в порівнянні з відхиленням . На основі аналізу похибок розімкненої СУМЗ встановлено, що вона є астатичною системою першого порядку, оскільки в усталеному режимі усувається лише помилка при ступеневій зміні , а при зміні з постійною швидкістю виникає постійна за величиною швидкісна помилка, пропорційна до . Розглянута СУМЗ, як і будь-яка розімкнена система, чутлива до відхилення параметрів елементів. Проте в такій системі не існує проблеми стійкості.
В розділі вирішується задача оцінки точності СУМЗ з коригуючим пристроєм. Розроблені структурна та функціональна схеми представлено на рис. 3.
Рис. 3 Функціональна (а) і структурна (б) схеми розімкненої СУМЗ з коригувальним пристроєм:
ЗП –задавальний пристрій; КП –коригуючий пристрій;
АУП –автоматичний управляючий пристрій; ОУ –об’єкт управляння
Передавальні функції елементів системи визначаються виразами:
(1)
де - сталі часу АУП і ОУ та коригуючого пристрою відповідно.
Згідно з (1) запишемо рівняння руху розімкненої СУМЗ:
, (2)
де - загальна передавальна функція КП, АУП і СУ.
Якщо задавальне діяння змінюється за законом
то похідні мають такі значення:
Значення керованої величини в усталеному режимі має вид:
(3)
Отже, з (3) випливає, що при рівноприскореній зміні виникає зростаюча в часі складова похибки:
де
На підставі аналізу складових похибки розімкненої СУМЗ з коригуючим пристроєм встановлено, що вона в разі виконання умови є астатичною системою з астатизмом першого порядку, оскільки в усталеному режимі усувається статична складова похибки при степеневій зміні задавального діяння , а при зміні з постійною швидкістю виникає постійна за величиною складова похибки, пропорційна до . При рівноприскореній зміні виникає зростаюча в часі постійна складова похибки.
Тому коригуючий пристрій в СУМЗ не змінює порядок астатизму. Водночас окремі складові похибки можуть змінюватись в бік зменшення для СУМЗ з КП порівняно зі складовими помилки СУМЗ без КП. За допомогою КП можна зменшити перехідну складову похибки. Наприклад, з врахуванням (1) можна показати, що при і при , маємо загальну передавальну функцію:
Оскільки , то тривалість перехідного процесу в коригованій СУМЗ суттєво зменшується.
На даний час цифрові СУМЗ знаходять широке розповсюдження на практиці. Основним методом аналізу цифрових та імпульсних систем є метод -перетворення. Застосування апарату - перетворення дозволило майже повністю перенести на дискретні системи частотні методи, розроблені для неперервних систем, а також поняття передаточних функцій, логарифмічних частотних характеристик, коефіцієнтів похибки, частотні методи аналізу та синтезу при випадкових діяннях. Запропоновано варіанти структурних схем цифрових розімкнених СУМЗ та розглянуто особливості їх реалізації. Показано можливість програмної реалізації цифрового фільтру на ЕОМ по прямій і канонічній формі. Вирішено задачу побудови та особливість оптимальної за швидкодією розімкненої СУМЗ. Визначено особливість розімкнених оптимальних за швидкодією СУМЗ: відсутність суперечливостей між умовами стійкості й оптимальності.
В багатьох практичних випадках задавальне діяння може змінюватись ступінчато. Тому проведено аналіз оптимальної за швидкодією розімкненою СУМЗ.
У третьому розділі досліджено способи організації каналу управляючої інформації з інваріантними характеристиками завадостійкості, які є найважливішою задачею для систем керування з різнорідними телекомунікаційними мережами. Визначено поняття інваріантності в техніці зв’язку і зроблено порівняльний аналіз з таким же поняттям в теорії автоматичного керування. Досліджено елементи теорії інваріантних систем зв’язку. Розроблено методики, які дозволяють синтезувати канали управляючої інформації на базі систем, інваріантних до неадитивної і адитивної завади.
Поняття інваріантості часто використовується в технічних науках для визначення властивості стійкості, нечутливості технічних систем до випадкових змін їхніх параметрів і до різних заважаючих впливів. Поряд з інваріантними системами автоматичного регулювання існують і інваріантні СУМЗ, котрі являються предметом дослідження в даному розділі.
Викладено основи синтезу інваріантних СУМЗ, встановлено необхідні і достатні умови інваріантості.
Сформульовано умову інваріантості систем різного класу; котра є необхідною для систем з постійними параметрами і являється основою для їхнього синтезу.
У будь-якій системі передачі дискретної інформації алгоритм приймача містить операції демодуляції і декодування суміші сигналу з завадою, що надходить на його вхід. При по-елементному прийомі прийнятий сигнал перетворюється в демодуляторі в сукупність аналогових величин, які потім дискретизуються і декодуються в декодері. В розділі досліджено системи з постійними та змінними параметрами, які інваріантні до адитивної завади. Розроблено структурну схему автокореляційного приймача сигналів з фазорізницевою модуляцією різних порядків. Визначено характеристики завадостійкості інваріантної та неінваріантної систем (рис. 4).
Рис. 4 Характеристики завадостійкості інваріантної та неінваріантної систем:
–імовірність помилки в системі з ФРМ-1 (); 2 –допустима імовірність помилки; 3 –імовірність помилки в системі з ФРМ-2 ()
Визначено умови інваріантності каналу передачі управляючої інформації, які реалізуються за допомогою інваріантних систем з постійними параметрами.
Позначимо через ту частину оператора приймача, під дією якого елемент прийнятого сигналу перетворюється в аналогову величину, що підлягає декодуванню, і назвемо оператором демодуляції сигналу. Прийнятий сигнал є функцією переданого сигналу і завад і : . За відсутності завади прийнятий сигнал дорівнює: .
Достатньою умовою абсолютної інваріантості системи стосовно завади є виконання рівності , чи в розгорнутому вигляді:
(4)
при усіх .
Вираз (4) є достатньою умовою абсолютної інваріантості (в першій формі) для всіх класів систем.
Достатньою умовою відносної інваріантості є наближене виконання рівності (4) при усіх :
(5)
Так як в загальному випадку обидві частини цієї рівності є функціями завад, то для встановлення необхідної точності його виконання слід задаватися деякою метрикою, що визначає відстань між порівнюваними функціями. Якщо така метрика визначена, то умова відносної інваріантості має вигляд:
(6)
де припустима зміна вихідного сигналу демодулятора , викликана завадою і залежна від припустимої зміни характеристики завадостійкості системи P(N).
Оптимальна відносно інваріантна система має мінімальну можливу відстань d:
(7)
Можна показати, що рівність (4) є, як правило, необхідною умовою абсолютної інваріантості для систем з постійними параметрами. Для цих систем кількісна характеристика завадостійкості є однозначною функцією множини вихідних сигналів демодулятора, тобто:
(8)
Отже, для інваріантної до завади системи з постійними параметрами
(9)
В системах з постійними параметрами рівняння (4), 6) і (7) є безпосередньою основою синтезу інваріантних систем.
Оскільки в цьому випадку і Ф фіксовані, то задача синтезу ставиться так:
відомі завади і , задані ймовірностями і детермінованими характеристиками, і результати їх взаємодії в каналі з переданим довільним сигналом ;
потрібно знайти сигнал S і оператор Ф, для яких виконується рівність (4) або (6).
На сигнал S і оператор Ф зазвичай накладаються визначені додаткові обмеження, пов'язані з їх реалізацією й умовами функціонування СУМЗ, наприклад, задаються максимальна припустима ширина спектра сигналу, максимальний динамічний діапазон демодулятора і т.д. З урахуванням цих обмежень функціональне рівняння (4) і нерівність (6) далеко не завжди мають розв’язок. Якщо, однак, рішення для даної завади існує, то інваріантна до цієї завади система може бути побудована в класі з постійними параметрами. Відсутність цих рішень ще не доводить неможливість побудови інваріантної системи зі змінними параметрами, оскільки умови (4) і (6) у загальному випадку є тільки достатніми, але не необхідними.
В розділі сформульовані вище необхідні і достатні умови інваріантості СУМЗ дозволять вирішити задачу синтезу цих систем: як задачу знаходження рішення функціонального рівняння (8), якщо синтезується абсолютно інваріантна система, або як задачу мінімізації одного з функціоналів виду чи якщо синтезується відносно інваріантна система.
Cлід мати на увазі, що невідомі і повинні задовольняти ряду додаткових умов. Задача загалом є частковим випадком задач та і відповідає нульовому рішенню останніх: якщо мінімум функціоналу дорівнює нулю при деяких і , то і задовольняють і, отже, дозволяють розв’язати задачу побудови абсолютно інваріантної СУМЗ.
ВИСНОВКИ
Сукупність наукових положень сформульованих та обґрунтованих в дисертаційній роботі складає вирішення науково-технічних задач з підвищення основних показників якості локальних систем і пристроїв управління мережами та послугами телекомунікацій.
В дисертаційній роботі отримано такі теоретичні та науково-практичні результати:
1. Досліджено локальні СУМЗ, які використовуються на другому рівні TMN. Розглянуто їх побудову за принципами управління, котрі залежать від способів формування управляючої дії. Основні принципи: управління за збуренням (задавальним діянням); за відхиленням управляючої величини від потрібного значення; комбінованого управління, який об'єднує попередні два. Визначено, що принципи управління за збуренням є найбільш простими при побудові, але мають суттєві недоліки порівняно з принципом управління за відхиленням і комбінованим.
. Встановлено, що системи управління за відхиленням є найбільш поширеними на практиці при побудові СУМЗ, але за вирішенням проблеми стабільності, яка виникає в будь-яких замкнених системах.
. Визначено, що за допомогою комбінованого принципу управління досягнути високих показників якості в усталених і перехідних режимах можна порівняно простими технічними засобами за рахунок компенсаційних каналів за основними збуреннями. При цьому в таких системах з'являється можливість досягнення інваріантності управляючої величини від основних збурень.
. Досліджено побудову інваріантної системи зв'язку, коли передача інформації здійснюється каналами зі змінними параметрами або з нестаціонарними завадами. Встановлено, що засобами досягнення інваріантості до завад і випадкових змін параметрів каналів є:
- застосування спеціальних методів модуляції і демодуляції сигналу (системи з постійними параметрами);
- зміна алгоритму демодуляції сигналу відповідно до зміни характеристик завади (системи з адаптивним приймачем);
- погоджена зміна алгоритмів перетворення сигналу на передавальній і прийомній сторонах відповідно до змін характеристик завади (адаптивні системи).
Запропоновано конкретне застосування кожного з цих методів для досягнення абсолютної чи відносної інваріантості.
5. Досліджено побудову інваріантної системи зв'язку з адаптивним приймачем, котрий забезпечує інваріантість до завад за рахунок автоматичної перебудови алгоритму обробки прийнятого сигналу. Визначено можливість і доцільність його застосування.
Наукові положення, отримані в дисертаційній роботі, є наступним кроком у розвитку систем і пристроїв управління мережами та послугами телекомунікацій, а їх застосування при розробці й впровадженні конкретних систем і пристроїв управління, дозволяє підвищити якість управління мережами та послугами телекомунікацій.
Список опублікованих наукових праць за ТЕМОЮ дисертації
АНОТАЦІЯ
Рудик Л. В. Підвищення показників якості локальних систем і пристроїв управління мережами телекомунікацій. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 –телекомунікаційні системи та мережі. –Український науково-дослідний інститут зв’язку, м. Київ, 2006 р.
Дисертацію присвячено вирішення науково-технічних задач з підвищення основних показників якості локальних систем і пристроїв управління мережами та послугами телекомунікацій. В роботі показано, що основним завданням управління телекомунікаціями є забезпечення тривалої та якісної роботи засобів і мереж телекомунікацій у процесі їх постійного вдосконалення та розвитку в умовах різноманітних змінних впливів. Всі види управління взаємозв’язані і можуть бути реалізовані лише за наявності системи управління, яка повинна бути комплексною. Це зумовило розробку концепції мережі управління телекомунікаціями TMN (Telecommunication Management Network).
Запропоновано використання локальних СУМЗ на другому рівні TMN. Розроблено методику синтезу коригуючих пристроїв замкненого контуру локальних систем управління мережами зв’язку з принципом управління по відхиленню із умови підвищення точності в усталених режимах. Запропоновано розробку структури і проведено синтез локальних систем управління мережами зв’язку із умови підвищення точності в усталених режимах за допомогою диференціальних зв’язків при детермінованих збуреннях в класі систем з управлінням по відхиленню та врахуванні умов фізичної реалізації диференціальних зв’язків. Запропоновано структуру і методику синтезу локальних систем управління мережами зв’язку із умови підвищення швидкодії шляхом компенсації повільно загасаючих компонентів перехідною складової похибки за допомогою диференціювання зв’язків по збуренню з урахуванням умов фізичної їх реалізації. Розроблено методику синтезу локальних систем управління мережами зв’язку із умови підвищення швидкодії шляхом мінімізації квадратичних інтегральних оцінок за допомогою диференціальних зв’язків по збуренням. Розроблено методику синтезу локальних систем управління мережами зв’язку із умови підвищення точності шляхом мінімізації середньоквадратичної похибки (СКП) при випадкових збуреннях за допомогою диференціальних зв’язків по збуренням при врахуванні умов їх фізичної реалізації. Проведено синтез систем управління з інваріантними характеристиками завадостійкості. Досліджено реальне використання адаптивної системи передачі інформації: з адаптацією в безперервному каналі (на рівні модему) і з адаптацією в дискретному каналі (на рівні кодека).
Ключові слова: TMN, комбінована система управління, синтез, швидкодія, точність, процес, структурна, розімкнена.
АННОТАЦИЯ
Рудык Л. В. Повышение показателей качества локальных систем и устройств управления сетями телекоммуникаций. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 –телекоммуникационные системы и сети. –Украинский научно-исследовательский институт связи, г. Киев, 2006 г.
Диссертация посвящена решению научно-технических задач, связанных с повышением основных показателей качества локальных систем и устройств управления сетями і услугами телекоммуникаций. Заданием управления телекоммуникациями является обеспечение долговременной и качественной работы устройств и сетей телекоммуникаций в процессе их постоянного совершенствования развития в условиях различных изменяющихся воздействий. Все виды управления взаимосвязаны и могут быть реализованы только при наличии системы управления, которая должна быть комплексной. Это обусловило разработку концепции системы управления телекоммуникациями TMN (Telecommunication Management Network).
Предложено использовать локальные системы управления для повышения эффективности второго уровня TMN. Разработана методика синтеза корректирующих устройств замкнутого контура локальных систем управления сетями связи с принципом управления по отклонению из условия повышения точности в установившихся режимах. Разработана структура и предложена методика синтеза локальных систем управления сетями связи из условия повышения точности в установившихся режимах с помощью дифференциальных связей при детерминированных возмущениях в классе систем с управлением по отклонению и при обеспечении условия физической реализуемости дифференциальных связей. Предложены структура и методика синтеза локальных систем управления сетями связи из условия повышения быстродействия путем компенсации плавно уменьшающихся компонентов производной составляющей ошибки с помощью дифференциальных связей по возмущению с учетом условий их физической реализуемости. Разработана методика синтеза локальных систем управления сетями связи при условии повышения быстродействия путем минимизации квадратичных интегральных оценок с помощью дифференциальных связей по возмущениям. Разработана методика синтеза локальных систем управления сетями связи из условия повышения точности путем минимизации среднеквадратичной ошибки при случайных возмущениях с помощью дифференциальных связей по возмущению с учетом условий их физической реализуемости. Проведен синтез систем управления с инвариантными характеристиками помехоустойчивости. Исследовано реальное использование адаптивной системы передачи информации: с адаптацией в непрерывном канале (на уровне модема) и с адаптацией в дискретном канале (на уровне кодека).
Ключевые слова: TMN, комбинированная система управления, синтез, быстродействие, точность, процесс, структурная, разомкнутая.
SUMMARY
Rudik L.V. Local systems and telecommunication network management devices quality increase. –Manuscript.
Dissertation for candidate of technical science degree on specialty 05.12.02 –telecommunication systems and networks. – Ukrainian research institute of communication, Kyiv, 2006.
The dissertation is dedicated to solving scientific technical problems in the sphere of local systems and network management devices and services quality increase. The task of telecommunication management is to provide quality work of devices and networks of telecommunication in the process of its upgrade and modernization in circumstances of different external effects. All kinds of management are connected and can be realized only if management system, which should be complicated, exists. That causes development of the concept of telecommunication management network (TMN).
Local management systems, which are used on the second level of TMN, are researched. The methods of correction devices with closed frame of local systems of communication network management are developed. The structure and methods development in local management systems for network communication in the conditions of accuracy increase in definite modes with the help differential connections during determined excitation, in the class of the systems with management by taking into the consideration conditions of physical realization of differential connections is developed. The structure and methods of synthesis of local communication network management systems in the conditions of velocity increase by compensation of slow components by transient component of the error with the help of differentia of the connections of excitation taking into the consideration conditions of its physical realization, is offered. The methods of the synthesis of local communication networks management systems in the conditions of velocity increase by minimization of quadratic integral estimate with the help of differential connections on excitations are developed. The methods of the synthesis of local communication networks management systems in the conditions of velocity increase by minimization of mean-square error during casual excitations with the help differential connections on excitations taking into the consideration conditions of its physical realization are developed. The synthesis of local communication networks management systems with invariant characteristics of noise-immunity is conducted. Real use of adaptive system of information transfer: with the adaptation in uninterrupted channel (on the level of modem) and with adaptation in discrete channel (on the level of codec) is researched.
Key words: TNM, combined management system, synthesis, velocity, accuracy, process, structural, open, local.
___________________________________________
Підписано до друку 26.10.2005р. Формат 60х90/16.
Ум. друк. арк. 0,9. Обл.-вид. арк. 0,9.
Тираж 100. Зам. 29.
___________________________________________
“Видавництво “Науковий світ””
Свідоцтво ДК № 249 від 16.11.2000р.
м. Київ, вул. Боженка, 17, оф. 504.
200-87-13, 200-87-15, 8-050-525-88-77