Способ мониторинга распределенной системы управления и связи
Владельцы патента RU 2619205:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации" (Академия ФСО России) (RU)
Изобретение относится к области технической диагностики и может использоваться в системах автоматизированного контроля сетей связи. Технический результат заключается в повышении достоверности диагностирования за счет возможности нормирования значений всех параметров и характеристик, характеризующих техническое состояние системы управления и связи с учетом реальных условий эксплуатации объектов контроля: количества объектов контроля, расстояния между объектами контроля, скорости передачи информации в зависимости от цифровой иерархии, периодичности и продолжительности контроля. Технический результат достигается за счет формирования структуры и топологии системы мониторинга, развертывания и включения в работу элементов системы мониторинга, измерения характеристик реальных условий эксплуатации объектов контроля, определения норм значений всех параметров и характеристик n-x объектов контроля с учетом реальных условий их эксплуатации, формирования идентификационных кодов на заданный интервал времени t1 и интервал времени t1+Δt с учетом прогнозирования и нормирования значений всех параметров и характеристик n-x объектов контроля, сравнения идентификационных кодов с эталонными значениями, изменения и реконфигурации системы мониторинга с учетом технического состояния объектов контроля. 2 ил.
Изобретение относится к области технической диагностики и может использоваться в системах автоматизированного контроля распределенной системы управления и связи.
Под системой управления понимается совокупность людей, программно-технических устройств, обеспечивающих организацию того или иного процесса с целью решения возложенных на нее задач (Основы управления связью Российской Федерации / В.Б. Булгак, Л.Е. Варакин, А.Е. Крупнов и др./ Под ред. А.Е. Крупнова и Л.Е. Варакина. - М.: Радио и связь, 1998. - 184 с.; стр. 8).
Под системой связи понимается 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 (Ермишян А.Г. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях и соединениях: Учебник. Часть 1. Методологические основы построения организационно-технических систем военной связи. СПб.: ВАС, 2005. - 740 с., стр. 74).
Под объектом контроля понимается изделие и (или) их составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию (контролю) (ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 9 с., стр. 2).
Реконфигурация системы мониторинга заключается в изменении ее структуры, топологии, режимов работы (введении в работу резервных каналов (линий) и объектов контроля, восстановлении поврежденных и отказавших объектов контроля, изменении частот передачи, приема, мощности передачи, видов обработки сигналов, маршрутов прохождения каналов (трактов), азимутов антенн, помехозащищенных режимов и т.д). Основы построения систем и сетей передачи информации. (Учебное пособие для вузов / В.В. Ломовицкий, А.И. Михайлов, К.В. Шестак, В.М. Щекотихин/ Под. ред. В.М. Щекотихина - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 382 с.)
Известно устройство диагностирования каналов передачи цифровой информации, позволяющее повышать достоверность диагностирования за счет вероятностного прогнозирования возможности возникновения отказов в измеряемых приемниках и комплектах оконечной аппаратуры на заданный интервал времени (патент RU №2473114 от 10.01.2013 г.).
Наиболее близким по технической сущности для способа является «Способ мониторинга цифровых систем передачи (ЦСП) и устройство, его реализующее», патент RU №2573266 от 17.10.2015 г., которое позволяет повысить достоверность диагностирования каналов ЦСП за счет вероятностного прогнозирования возникновения отказов, ошибок (сбоев) на заданный интервал времени и возможности проведения мониторинга нескольких объектов контроля одновременно. Данный способ был выбран за основу в качестве прототипа для заявленного способа.
Общим недостатком и аналога и прототипа является низкая достоверность диагностирования ЦСП вследствие отсутствия возможности нормирования значений всех параметров и характеристик, характеризующих техническое состояние сети связи с учетом реальных условий эксплуатации объектов контроля.
Задачей изобретения является создание способа мониторинга распределенной системы управления и связи, позволяющего повысить достоверность диагностирования за счет возможности нормирования значений всех параметров и характеристик, характеризующих техническое состояние системы управления и связи с учетом реальных условий эксплуатации объектов контроля: количества объектов контроля, расстояния между объектами контроля, скорости передачи информации в зависимости от цифровой иерархии, периодичности и продолжительности контроля.
Эта задача решается тем, что способ мониторинга распределенной системы управления и связи, заключающийся в том, что формируют комбинацию тестовых сигналов, подают сформированные тестовые сигналы на входы n-объектов контроля. Измеряют параметры и характеристики n-го объекта контроля. Формируют базу данных идентификационных кодов и эталонных значений всех параметров и характеристик. Определяют на основании полученной информации техническое состояние n-го объекта контроля в момент времени t1. Передают информацию о техническом состоянии заданных n-x объектов контроля на ЭВМ. Прогнозируют техническое состояние n-го объекта контроля на заданный интервал времени t1+Δt. Передают на ЭВМ сигналы отклика о техническом состоянии n-го объекта контроля в момент времени t1 и сигналы отклика прогнозируемого технического состояния n-го объекта контроля на интервал времени t1+Δt соответственно. Формируют идентификационные коды на заданный момент времени t1 и интервал времени t1+Δt с учетом прогнозирования технического состояния. Передают сформированные идентификационные коды в ЭВМ, сравнивают идентификационные коды с эталонными значениями, производят переключение на n-й объект контроля, обладающий наилучшими параметрами и характеристиками. Дополнительно введены следующие действия: формируют структуру и топологию системы мониторинга, развертывают и включают в работу элементы системы мониторинга, измеряют характеристики реальных условий эксплуатации объектов контроля: количество объектов контроля, расстояние между объектами контроля, скорость передачи информации в зависимости от цифровой иерархии, периодичность и продолжительность контроля технического состояния, определяют значения норм всех параметров и характеристик n-x объектов контроля с учетом реальных условий их эксплуатации, формируют идентификационные коды на заданный момент времени t1 и интервал времени t1+Δt с учетом прогнозирования и нормирования значений всех параметров и характеристик n-x объектов контроля, сравнивают идентификационные коды с эталонными значениями, изменяют и реконфигурируют систему мониторинга с учетом технического состояния объектов контроля.
Перечисленная совокупность существующих признаков обеспечивает повышение достоверности диагностирования за счет возможности нормирования значений всех параметров и характеристик, характеризующих техническое состояние системы управления и связи с учетом реальных условий эксплуатации объектов контроля: количества объектов контроля, расстояния между объектами контроля, скорости передачи информации в зависимости от цифровой иерархии, периодичности и продолжительности контроля.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного способа, отсутствуют, что указывает на соответствие изобретений условия патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показал, 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» введенных элементов обусловлена наличием элементной базы, на основе которой они могут быть выполнены.
Заявленное изобретение поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - алгоритм действий при мониторинге распределенных систем управления и связи;
фиг. 2 - последовательность расчетов при определении значений норм всех параметров и характеристик n-x объектов контроля с учетом реальных условий их эксплуатации.
Алгоритм действий при мониторинге распределенных систем управления и связи представлен на фигуре 1, где в блоке 1 формируют структуру и топологию системы мониторинга и входящих в ее состав объектов контроля и линий между ними с учетом построения распределенной системы управления и связи и предполагает ее представление количественными показателями через соответствующие параметры, а также описание состава, конфигурации и взаимосвязи отдельных элементов (Основы построения систем и сетей передачи информации. Учебное пособие для вузов / В.В. Ломовицкий, А.И. Михайлов, К.В. Шестак, В.М. Щекотихин/ Под. ред. В.М. Щекотихина - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 382 с., стр. 57). Структурно-топологическое построение системы мониторинга осуществляется с учетом нескольких n-объектов контроля. В блоке 2 развертывают и включают в работу элементы системы мониторинга. В блоке 3 производят измерения характеристик реальных условий эксплуатации объектов контроля: количества объектов контроля (1…n), расстояние между объектами контроля (r1…rn), скорость передачи информации , периодичность (T1…Tn) и продолжительность контроля технического состояния (t1…tn). (И.Г. Бакланов. Методы измерений в системах связи. М.: Эко-Трендз, 1999. - 204 с. стр. 56). В блоке 4 формируют комбинацию тестовых сигналов. В блоке 5 передают сформированные тестовые сигналы и комбинации опросных сигналов на входы n-объектов контроля. В блоке 6 измеряют параметры и характеристики n-го объекта контроля. В блоке 7 формируют базу данных эталонных значений всех параметров и характеристик. В блоке 8 определяют на основании полученной информации техническое состояние n-го объекта контроля в момент времени t1. В блоке 9 передают информацию о техническом состоянии заданных n-x объектов контроля на ЭВМ. В блоке 10 прогнозируют техническое состояние n-го объекта контроля на заданный интервал времени t1+Δt. В блоке 11 передают на ЭВМ сигналы отклика о техническом состоянии n-го объекта контроля в момент времени t1 и сигналы отклика прогнозируемого технического состояния n-ого объекта контроля в момент времени t1+Δt. В блоке 12 формируют идентификационные коды на заданный момент времени t1 и интервал времени t1+Δt с учетом прогнозирования технического состояния. В блоке 13 передают сформированные идентификационные коды в ЭВМ. В блоке 14 сравнивают идентификационные коды с эталонными значениями, в случае совпадения всех параметров и характеристик с эталонными значениями их передают в блок 15 и реконфигурируют систему мониторинга с учетом технического состояния объектов контроля, если идентификационные коды не соответствуют требованиям норм параметров и характеристик, то определяют нормы значений всех параметров и характеристик n-x объектов контроля с учетом реальных условий их эксплуатации (Блок 16). В блоке 17 производят измерения значений норм всех и параметров и характеристик, произведенных в блоке 16. В блоке 18 формируют идентификационные коды на заданный интервал времени t1 и интервал времени t1+Δt с учетом нормирования всех параметров и характеристик. В блоке 19 сравнивают идентификационные коды с эталонными значениями, если идентификационные коды соответствуют эталонным значениям, то реконфигурируют систему мониторинга с учетом технического состояния объектов контроля (Блок 15). В случае несовпадения идентификационных кодов с эталонными значениями, возвращаются к измерениям характеристик реальных условий эксплуатации (Блок 3).
Последовательность расчетов при определении значений норм всех параметров и характеристик n-x объектов контроля с учетом реальных условий их эксплуатации представлен на фигуре 2, где в блоке 1 производят ввод исходных данных: количества объектов контроля (1…n), расстояние между объектами контроля (r1…rn), скорость передачи информации 
, периодичность (T1…Tn) и продолжительность контроля технического состояния (t1…tn) (И.Г. Бакланов Методы измерений в системах связи. -М.: Эко-Трендз, 1999. - 204 с., стр. 56.).
В блоке 2 производят определение нормы для рабочих характеристик объектов контроля (PO). Для этого определяют скорость передачи битов в тракте. Нормы для рабочих характеристик по скорости передачи данных битов тракта для секунды с ошибками - POes или нормы для рабочих характеристик пораженной ошибками секунды - POses, нормы для рабочих характеристик фоновой ошибкой блока - PObbe, нормы для рабочих характеристик пораженный ошибками период - POsep (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М.2101; 2003 г.,44 с., стр. 15).
В блоке 3 производят вычисление распределение тракта, A%. Определяют все базовые элементы тракта (PCE) для всего тракта и устанавливают n равным суммарному числу элементов PCE. Определяют длину d каждого элемента PCEn. Длина d является либо фактической длиной тракта, либо может быть оценена длиной по большому кругу между его конечными точками, умноженной на соответствующий коэффициент маршрутизации. Считают значение распределения, an%, для элемента PCEn. Следует отметить, что значения распределений являются максимальными значениями; согласно двустороннему или многостороннему соглашению могут быть использованы более "строгие" значения. Вычисляют распределение тракта, А%, А%=∑а% (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М. 2101; 2003 г.,44 с., стр. 15).
В блоке 4 вычисляют распределенную норму на качественные показатели (APO). Определяется требуемый тестовый период (T), где T=15 мин, 2 часа или 24 часа.
Распределенная норма рабочих характеристик для секунды с ошибками рассчитывают по следующей формуле (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М. 2101; 2003 г., 44 с., стр. 16):
.
Распределенная норма рабочих характеристик для пораженной ошибками секунды рассчитывается по формуле (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М.2101; 2003 г., 44 с, стр. 16):.
.
Распределенная норма рабочих характеристик для фоновой ошибки п-объектов рассчитывается по следующей формуле (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М.2101; 2003 г., 44 с., стр. 16):
.
Распределенная норма рабочих характеристик для фоновой ошибки блока рассчитывается по формуле (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М.2101; 2003 г., 44 с., стр. 16):
.
В блоке 5 производится вычисление нормы на качественные показатели при вводе в эксплуатацию - (BISPO).
Нормы на качественные показатели при вводе в эксплуатацию п объектов контроля для секунды с ошибками рассчитываются по следующей формуле (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М.2101; 2003 г., 44 с., стр. 16):
.
Нормы на качественные показатели при вводе в эксплуатацию для пораженной ошибками секунды рассчитываются по следующей формуле (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М.2101; 2003 г.44 с, стр. 16):
.
Нормы на качественные показатели при вводе в эксплуатацию для фоновой ошибки блока рассчитываются по следующей формуле (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М.2101; 2003 г., 44 с., стр. 16). 
.
В блоке 6 вычисляют значения предельного значения (S): предельные значения для секунды с ошибками рассчитывается формуле (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М.2101; 2003 г., 44 с, стр. 16): где D – коэффициент, учитывающий BISPO, который необходим для дальнейшего вычисления предельного значения S:
.
.
Предельные значения для пораженной ошибками секунды вычисляется (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М.2101; 2003 г.44 с, стр. 16):
.
.
Предельные значения для фоновой ошибки блока (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/М.2101; 2003 г.44 с, стр. 16):
.
.
В блоке 7 округляют все значения S до ближайшего целого значения меньше или равно 0. (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М.2101; 2003 г.44 с, стр. 16).
В ряде случаев предельные значения S для BBE отличны от нуля, в то время как предельные значения для ES являются нулевыми или недостоверными (т.е. нет достоверности на уровне 95%, что BISPO будет выполняться в долговременной перспективе). Предполагают, что используется более продолжительный тест, где предельные значения для ES недостоверны. Тест ВВЕ не может быть принят, если имеется более одной ES.
В блоке 7 определяют нормы значений всех параметров и характеристик n-объектов контроля (Предельные значения рабочих характеристик при вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании международных мультиоператорных трактов и мультиплексных участков SDH-Рекомендация МСЭ-Т/ М.2101; 2003 г. 44 с, стр. 16).
Оценка эффективности предлагаемого способа мониторинга системы связи и управления проводилась путем сравнения достоверности диагностирования полученных результатов при моделировании процесса.
При диагностировании объекта контроля с использованием способа-прототипа контролировалось 2 параметра (коэффициент ошибки и джиттер).
При диагностировании объекта контроля с использованием заявленного технического решения контролировалось 3 параметра, характеризующих техническое состояние объекта контроля (предельные значения для секунды с ошибками, предельные значения для пораженной ошибками секунды, предельные значения для фоновой ошибкой блока). (И.Г. Бакланов Методы измерений в системах связи. М.: Эко-Трендз, 1999. - 204 с., стр. 56).
(Вентцель Е. С, Овчаров Л. А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит.- 1988 г., 480 с.).
,
где Ф - функция Лапласа;
N - количество моделируемых событий;
pош - реальное значение оценки полученных результатов моделирования;
- требуемое значение оценки результатов моделирования;
ε - величина доверительного интервала.
Определяем достоверность оценки технического состояния объекта контроля следующим образом: 
. Тогда:
.
Для определения достоверности оценки используем аргументы функции Лапласа:
.
.
Для случая, когда pош, 
вычислить не удается, можно воспользоваться упрощенной формулой для наихудшего случая 
, тогда:
.
Тогда определим tα1 и tα2, принимая ε=0,05, рассмотрим два параметра (N=2) и три (N=3):
Эффективность от применения заявленного способа определяется с помощью аргументов функции Лапласа:
Таким образом, эффективность заявленного способа за счет возможности нормирования и контроля большего количества параметров и характеристик составляет 19%, чем и достигается заявленный технический результат.
Способ мониторинга распределенной системы управления и связи, заключающийся в том, что формируют комбинацию тестовых сигналов, подают сформированные тестовые сигналы на входы n-объектов контроля, измеряют параметры и характеристики n-го объекта контроля, определяют на основании полученной информации техническое состояние n-го объекта контроля в момент времени t1, передают информацию о техническом состоянии заданных n-х объектов контроля на ЭВМ, прогнозируют техническое состояние n-го объекта контроля на заданный интервал времени t1+Δt, передают на ЭВМ сигналы отклика о техническом состоянии n-го объекта контроля в момент времени t1 и сигналы отклика прогнозируемого технического состояния n-го объекта контроля на интервал времени t1+Δt соответственно, формируют идентификационные коды на заданный момент времени t1 и интервал времени t1+Δt с учетом прогнозирования технического состояния, передают сформированные идентификационные коды в ЭВМ, сравнивают идентификационные коды с эталонными значениями, производят переключение на n-й объект контроля, обладающий наилучшими параметрами и характеристиками, отличающийся тем, что формируют структуру и топологию системы мониторинга, развертывают и включают в работу элементы системы мониторинга, измеряют характеристики объектов контроля в реальных условиях эксплуатации: количество объектов контроля, расстояние между объектами контроля, скорость передачи информации в зависимости от цифровой иерархии, периодичность и продолжительность контроля технического состояния, определяют значения норм всех параметров и характеристик n-х объектов контроля с учетом реальных условий их эксплуатации, формируют идентификационные коды на заданный момент времени t1 и интервал времени t1+Δt с учетом прогнозирования и нормирования значений всех параметров и характеристик n-х объектов контроля, сравнивают идентификационныекоды с эталонными значениями, изменяют и реконфигурируют систему мониторинга с учетом технического состояния объектов контроля.
