close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 12595

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 12595
(13) C1
(19)
(46) 2009.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
G 05B 23/00
(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ В АСУ
(21) Номер заявки: a 20080315
(22) 2008.03.19
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Военная академия Республики Беларусь" (BY)
(72) Авторы: Хижняк Александр Вячеславович; Фролов Юрий Викторович;
Потетенко Сергей Викторович; Белоус Алексей Алексеевич; Шеин
Алексей Сергеевич (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Военная академия Республики Беларусь" (BY)
(56) RU 2176811C1, 2001.
RU 2004135154 A, 2006.
SU 648950, 1979.
US 2005/0171626 A1.
BY 12595 C1 2009.10.30
(57)
Способ оценки устойчивости процесса управления в автоматизированной системе
управления, при котором осуществляют управление из основного элемента упомянутой
Фиг. 2
BY 12595 C1 2009.10.30
системы всеми оконечными элементами, причем оценивают функциональную устойчивость структуры упомянутой системы в условиях огневого подавления противником ее
структурных элементов, а в качестве критерия для упомянутой оценки используют вероятность сохранения возможности автоматизированного управления основным элементом
системы всеми n оконечными элементами Pc(n), определяемую из выражения:
n
Pc (n ) =
∑P
j
j=1
,
n
где Pj - вероятность выполнения своих функций j-м структурным элементом системы
управления, определяемая из выражения:
Pj = PоткjPжjPобрj,
где Pоткj - вероятность безотказной работы j-го элемента системы управления;
Pжj - вероятность непоражения j-го элемента системы противником;
Pобрj - вероятность достоверной и своевременной обработки информации, поступающей в j-й элемент системы.
Способ оценки устойчивости процесса управления в АСУ относится к обработке информации о составе объектов управления и промежуточных пунктов управления в автоматизированной системе управления (АСУ), их готовности к решению задач по управлению
и предназначен для использования в комплексах средств автоматизации при оценке
структурной и функциональной живучести распределенных АСУ.
Известен способ оценки структур автоматизированного управления [1], заключающийся в оценке возможности управления оконечными элементами и оценке вариантов
структур автоматизированного управления на основе критерия, представляющего собой
вероятность того, что количество оконечных элементов, для которых обеспечивается возможность управления из основного элемента системы, будет не меньше некоторого заданного значения.
Недостатком данного способа является то, что при сравнительной оценке возможности
осуществлять управление оконечными элементами для различных структур управления
используются критерии, характеризующие только структурную и боевую устойчивость
системы. Это не позволяет получить достоверную оценку при нанесении противником
массированных ракетно-артиллерийских ударов (МРАУ). При отражении МРАУ противника количество информации, передаваемой и обрабатываемой в системе управления, резко
возрастает, что приводит к значительному увеличению вероятности пропуска целей не изза структурного разрушения системы управления, а из-за временных задержек и потерь
информации.
Известен также способ расчета живучести структур для сравнительной оценки подсистем АСУ [2], заключающийся в усреднении количества сохранивших автоматизированное управление объектов и использующий в качестве показателя оценки коэффициент
сохранения автоматизированного управления концевыми элементами в условиях огневого
подавления:
N (ν ) n
 ∆N i 
K (ν ) =
= ∑ Pi (ν)1 −
,
N0
N0 

i =1
где ν - число огневых воздействий;
N(ν) - число концевых элементов, сохранивших автоматизированное управление;
N0 - число концевых элементов до подавления;
n - число логически возможных состояний подсистемы при осуществлении по ней воздействий;
2
BY 12595 C1 2009.10.30
Pi(ν) - вероятность того, что подсистема окажется в i-м состоянии после осуществления ν воздействий;
∆Ni - число концевых элементов, потерявших автоматизированное управление, при
переходе системы из исправного в i-е состояние.
Расчет показателя осуществляется итеративно по числу воздействий. При этом принимается допущение о равноэффективности автоматизированного управления концевыми
элементами любого уровня.
Недостатком данного способа является вышеуказанное допущение, что позволяет использовать способ только для приближенных сравнительных оценок. Кроме этого, данный
способ так же, как и способ [1], позволяет оценить живучесть подсистем АСУ только с
точки зрения их структурной целостности и не принимает во внимание функциональную
устойчивость системы управления.
Задачей является разработка способа оценки устойчивости процесса управления в
АСУ, учитывающего не только структурное построение системы управления, но и информационные процессы, происходящие в ней, с целью повышения достоверности результатов исследования структурной и функциональной живучести автоматизированных
систем управления и, как следствие, выработки рекомендаций по наиболее оптимальному
построению системы управления.
Задача реализуется за счет того, что в данном способе при оценке устойчивости процесса
управления наряду с оценкой структурной устойчивости применяется оценка информационной достаточности для решения задач управления, т.е. оценка качества и полноты передаваемой и получаемой объектами системы информации и своевременности ее обработки для
качественной реализации функций как объектов, так и всей системы управления в целом.
Отличительной особенностью предлагаемого способа от способов [1], [2] являются
добавление расчета и оценка показателя качества информации (фиг. 1).
Способ расчета показателя качества информации представлен на фиг. 2.
Для оценки устойчивости процесса управления в АСУ в качестве критерия для оценки
устойчивости структуры системы предлагается использовать вероятность сохранения
возможности автоматизированного управления из основного элемента системы для всех
n оконечных элементов Рс(n).
n
∑P
j
Pc (n ) =
j=1
n
,
где n - количество объектов в системе;
Pj - вероятность выполнения своих функций отдельным структурным элементом системы.
Pj = PоткjPжjPобрj,
где Pоткj - вероятность безотказной работы j-го элемента системы;
Pжj - вероятность непоражения j-го элемента противником;
Pобрj - вероятность достоверной и своевременной обработки информации, поступающей в j-й элемент системы.
Для оценки своевременности обработки информации используются следующие показатели:
вероятность своевременной доставки информации;
задержка во времени при передаче информации.
Для расчета данных показателей первоначально определяется матрица требований в
передаче информации:
Λ = λij , λij = 1K n ,
где λij - интенсивность потока, который необходимо передать от узла i в узел j.
3
BY 12595 C1 2009.10.30
Далее рассчитывается средняя задержка по времени передачи потока между произвольной парой узлов:
1
λ rs
Tср =
,
∑
Λ ∑ ( r ,s )⊂E µ rs − λ rs
где Λ ∑ = ∑∑ λij - суммарная величина входного потока;
i
j
µrs - пропускная способность канала связи, существующего между смежными узлами
(бит/с);
λ rs = ∑ λijrs - интенсивность суммарного потока, протекающего по КС (r,s) (с учетом
транзитных потоков);
λijrs - интенсивность потока, который необходимо передать от узла i до узла j, протекающего по каналу (r,s).
В процессе нахождения средней задержки между произвольной парой узлов используется алгоритм нахождения кратчайших путей и расчета информационных потоков в многосвязной сети.
В качестве основных исходных данных для расчета используется матрица смежности:
B = bij , где b ij =
1 − если x i смежна c x j ,
0 − в обратном случае.
В процессе расчета используются также следующие рабочие матрицы:
A = a ij - матрица удельных длин путей передачи информации из xi в xj по пути минимальной длины πijmin (если bij = 1, то аij = lij);
М = m ij - матрица минимальных маршрутов πijmin по сети, где mij = r - вершина, смежная с xj на пути πijmin ;
λ = λ rs - искомая матрица информационных потоков в сети, где λrs - суммарный поток, протекающий по КС (r,s) (с учетом транзитных потоков).
Алгоритм расчета состоит из конечного числа однотипных итераций, в ходе которых
строятся и уточняются матрицы A(k) и M(k).
При выполнении первой итерации рассчитываются характеристики сети для маршрутов единичной длины. Во-первых, определяется матрица
lij , если b ij = 1,
A(1) = a ij (1) , a ij (1) = 
∞, в другом сл.,
где lij - длина пути между узлами i, j.
Во-вторых, заполняется матрица маршрутов М(1)
i, если b ij = 1,
m ij (1) = 
0, в другом сл.
Во время второй и последующих итераций определяются минимальные маршруты
длиной 2, 3, …, k и рассчитываются соответствующие матрицы A(k), M(k). Для этого просматривается i-я строка матрицы A(k-1) и определяется
a ij (k ) = min{ a ij (k − 1), a is (k − 1) + a sj (k − 1) }.
s≠ j
Если aij(k) = aij(k - 1), то производится переприсвоение элементов матрицы M(k):
mij(k) = mij(k - 1), после чего происходит переход к рассмотрению следующего элемента iтой строки. Если aij(k) < aij(k - 1), то производится замена элемента mij в маршрутной мат4
BY 12595 C1 2009.10.30
рице M(k - 1) mij(k) = msj(k - 1). Причем, данный шаг последовательно повторяется для
всех строк матрицы A(k - 1).
Если для матриц A(k) и M(k) выполняются условия A(k) = A(k - 1), M(k) = M(k - 1) и в
матрице M(k) нет пустых элементов, то это является критерием окончания работы алгоритма. В этом случае матрица M(k) = ||М|| - матрица кратчайших путей, a A(k) = ||А|| - соответствующая ей матрица длин этих путей.
Построив маршрутную матрицу ||М||, можно определить кратчайший путь πijmin между
произвольной парой узлов (i, j). Это производится по следующему алгоритму.
1. Рассматривается значение элемента mij. Если mij = i, то кратчайший путь πijmin = {i − j} .
2. Если mij = s1, то в матрице ||М|| ищется элемент m is1 и анализируется его значение.
3. Если m is1 = s2, то искомый кратчайший путь πijmin = {i − s1 − j} . Если s2 ≠i , то производится переход к шагу 2, при этом s1 = s2.
Таким образом, если через k итераций получен элемент m is k = i , то кратчайший путь
между узлами (i, j) πijmin = { i - s k - s k-1 K - s 2 - s1 - j }.
После определения маршрутной матрицы кратчайших путей необходимо рассчитать
матрицу информационных потоков по данным путям. Алгоритм расчета потоков состоит
из k = n(n - 1) итераций.
На первом шаге, при начальных условиях k = 0, λ(0) = [λrs(0)] = 0, (r,s) ∈ Е из матрицы
Λ выбирается l-й элемент λ12 и по матрице ||М|| находится кратчайший путь πijmin . В
этом случае информационный поток между узлами 1 и 2 равен:
min
λ (0) + λ12 , если (r, s) ∈ π12
,
λ12 (l) =  rs
λ rs (0), в другом случае.
Таким же образом определяются информационные потоки для остальных узлов и путей передачи до достижения последнего нераспределенного по сети требования. Далее
производится пересчет величины суммарного трафика на каналах данного маршрута. Допустим, что последним требованием является λi k jk , тогда
,
λ rs (k − 1) + λik jk , если (r, s) ∈ πimin
1 j1
λ rs (k ) = 
λ rs (k − 1), в другом случае.
После данных действий осуществляется проверка условия k = n(n - 1). Если условие
выполняется, матрица потоков рассчитана.
После расчета матрицы информационных потоков по кратчайшим путям Λ = λ rs определяется общая вероятность своевременной доставки информации в j-й элемент системы:
Pj =
∏P
ij
СД
(λ rs ) ,
j=const
ij
где PСД
(λ rs ) - вероятность доставки информации от i-го элемента в j-й элемент по кратчайшему пути. Она рассчитывается по формуле:
µ rs k г − λ rs
ij
PСД
(λ rs ) = ∏
,
λ rs
( r ,s )∈E µ k − λ + λij
rs г
rs
ΛΣ
где kг - коэффициент готовности канала связи;
µrs - пропускная способность канала связи, существующего между смежными узлами r, s;
λrs - интенсивность суммарного потока между узлами r, s;
λij - интенсивность штатного информационного потока между узлами i, j;
Λ Σ - суммарная величина информационного потока.
5
BY 12595 C1 2009.10.30
В свою очередь
kг =
η
,
η + γ 0 l rs
где η - интенсивность восстановления канала связи;
γ0 - интенсивность отказов;
lrs - длина канала связи.
Общая вероятность своевременной доставки информации в системе равна:
n
n
i =1
j=1
ij
ОБЩ
(λ rs ) .
PСД
= ∏∏ PСД
i≠j
Далее рассчитывается показатель ценности доставленной информации для организации информационного взаимодействия элементов системы.
Для оценки качества ИВ между данными элементами предлагается использовать зависимость:
ij
Pивij = PСД
Qij (t ) ,
ij
где PСД
- вероятность своевременной доставки информации из узла i в узел j по кратчайшему пути;
Qij(t) - ценность информации, переданной из узла i в узел j.
Схема информационного взаимодействия (ИВ) между двумя узлами системы представлена на фиг. 3.
Если в момент времени t0 признак состояния объекта j на объекте i имел значение
аi(t0), то в некоторый момент t > t0, реально он будет иметь значение a ij (t ) , причем
a ij (t ) = a i (t 0 ) − ξ i (t ) ,
где ξi(t) - показатель "старения" объекта.
Кроме этого, передаче информации от объекта i объекту j свойственно наличие двух
видов ошибок:
ошибки ввода информации ε , = a i (t 0 ) - b i (t 0 ) ;
ошибки при передаче информации ε ,, = bi (t 0 ) - bi (t) .
Таким образом, в момент времени t расхождение между действительным состоянием
объекта a ij (t ) и поступившей информацией bi(t) составляет
δi (t ) = a ij (t ) − b i (t ) = ε , + ε ,, + ξi (t ) .
При определении ценности информации считаем, что она определяется вероятностью
достижения целей объектом управления или тем преимуществом, которое дает использование данной информации, и определяется характером процесса управления:
Q(t) = Q[A(t), δ(t)],
где A(t) - вектор состояния объекта;
δ(t) - ошибка в отображении состояний системы.
Качество информации, доставленной потребителю, рассчитывается в соответствии с
выражением:
Qij (t ) = γ ijPaij (t )πij (t )ρij (t ) ,
где γij - эффект, получаемый от организации и осуществления информационного взаимодействия (ИВ);
Paij (t ) - вероятность нахождения объектов в состоянии ИВ (P2(t));
6
BY 12595 C1 2009.10.30
πij(t) - вероятность перехода к моменту времени t объекта из состояния ai(t0) в состояние a ij (t ) (фиг. 3);
ρij(t) - вероятность доставки в объект j информации, соответствующей состоянию bi(t).
В итоге, рассматривая совокупность объектов в АСУ, получим:
N
N
i
j
ij
(t )γ ijPaij (t )πij (t )ρij (t ) .
Pобр (t ) = ∏∏ PСД
Источники информации:
1. Морев Ю.В., Яковлев В.И. К оценке структур автоматизированного управления ракетных соединений и частей. Научно-технические вопросы автоматизации управления сухопутными войсками: Научно-техн. сборник / в/ч 42261. - М., 1975. - С. 60-67.
2. Курбенко Ф.Н. Оперативный метод расчета живучести структур для сравнительной
оценки подсистем АСУ. Научно-метод. материалы / в/ч 03444. - Калинин, 1980.
Фиг. 1
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
381 Кб
Теги
12595, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа