RU2481629C1 - Способ моделирования разнородных сетей связи - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам моделирования сетей связи. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет расчета вероятности наличия маршрута между абонентами. В способе задают исходные данные, формируют в каждом из статистических экспериментов граф, в котором существует или отсутствует маршрут в заданных информационных направлениях, имитируют перемещение абонентов, генерируют начальную топологию и структуру разнородных сетей, при этом элементы разнородных сетей связи не связаны между собою, формируют матрицу информационных направлений между узлами разнородных сетей связи, имитируют соединение узла сети с другим узлом сети, фиксируют пути успешного функционирования для каждого информационного направления, генерируют значения пропускной способности и показателя живучести для сформированной линии привязки между узлами, рассчитывают вероятность наличия маршрута между абонентами. 5 ил.

Description

Изобретение относится к области моделирования и может быть использовано при проектировании радиоэлектронных, технических систем для оценки эксплуатационных показателей.

Известен способ моделирования, реализованный в устройстве (изобретение "Анализатор сетей связи" G06F 11/25, G06F 15/173, опубликованное 27.11.2007, бюл. №33). Способ заключается в формировании графа исследуемой вероятностной сети, записи в регистры генераторов псевдослучайной последовательности значения вероятности существования i-й вершины графа сети, записи кода числа планируемых экспериментов, формировании последовательности псевдослучайных чисел, закон распределения которой соответствует внезапным отказам вершин сети, формировании последовательности псевдослучайных чисел, закон распределения которой соответствует постепенным отказам вершин сети, формировании последовательности псевдослучайных чисел, закон распределения которой соответствует отказам ветвей сети, возникающим вследствие внешних воздействий, в результате этого формировании в каждом из статистических экспериментов графа, в котором может существовать или отсутствовать путь от истока графа к каждой из соединенных вершин.

Однако недостатком аналога является отсутствие возможности имитации формирования структур разнородных сетей связи и процесса их взаимодействия, и отсутствие возможности расчета вероятности наличия маршрута между абонентами разнородных сетей связи в информационном направлении, с учетом заданных характеристик элементов сети связи.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному способу является способ, выбранный в качестве прототипа (изобретение «Способ моделирования сетей связи» G06F 11/22, H04W 16/22, опубликованное 20.01.2010, бюл. №2). Способ заключается в формировании графа исследуемой вероятностной сети, записи в регистры генераторов псевдослучайной последовательности значения вероятности существования i-й вершины графа сети, записи кода числа планируемых экспериментов, формировании последовательности псевдослучайных чисел, закон распределения случайных чисел которой соответствует внезапным отказам вершин сети, формировании последовательности псевдослучайных чисел, закон распределения случайных чисел которой соответствует постепенным отказам вершин сети, формировании последовательности псевдослучайных чисел, закон распределения случайных чисел которой соответствует отказам ветвей сети, возникающим вследствие внешних воздействий, в результате этого формировании в каждом из статических экспериментов графа, в котором может существовать или отсутствовать путь от истока графа к каждой из соединенных вершин, дополнительном измерении значений показателей функционирования реальной сети связи, моделировании изменении топологии сети, имитации перемещения элементов сетей связи, имитации процесса функционирования моделируемой сети связи, по результатам которого рассчитывают время своевременного обслуживания абонентов моделируемой сети связи и проводят измерения значений времени своевременного обслуживания абонентов на реально функционирующей сети связи, сравнивают значения реального времени своевременного обслуживания абонентов с требуемым значением, если значение реального времени своевременного обслуживания абонентов не превышает требования, то процессы имитации функционирования моделируемой сети и измерения времени своевременного обслуживания абонентов на реальной сети связи продолжаются, если нет, то проверяется, необходимо ли изменение структуры реальной сети связи, если изменения необходимы, то проводятся изменения параметров реальной сети связи, при этом осуществляется измерение времени изменения структуры реальной сети связи, далее вычисляют разницу между реальным и имитируемым временем изменения сети связи, которая сравнивается с требуемым значением, если разница не отклоняется от требований, то продолжаются процессы моделирования сети связи и измерения времени своевременного обслуживания абонентов на реальной сети связи, если разница превышает требования, то проводится корректировка условий имитации изменения структуры моделируемой сети связи, если изменения структуры реальной сети связи не нужны, то проверяется необходимость введения резервных средств связи, если такая необходимость есть, то на реальной сети связи вводятся резервные средства связи и измеряется время их введения, одновременно с этим имитируется процесс введения резервных средств связи и рассчитывается время их введения на моделируемой сети связи, вычисляется разница между реальным и моделируемым значениями времени введения резервных средств связи, которая сравнивается с требуемым значением, если значения этой разницы превышают требования, то проводится корректировка условий имитации введения резервных средств связи на моделируемой сети связи, если необходимости введения резервных средств связи нет, то проверяется необходимость проведения ремонта средств связи реально функционирующей сети связи, если ремонт необходим, осуществляется проведение ремонта средств связи на реальной сети связи и имитация этого процесса на моделируемой сети связи, при этом измеряется время проведения ремонта средств связи на реальной сети связи и рассчитывается время ремонта средств связи на моделируемой сети связи, вычисляется разница между реальным и имитируемым значениями времени ремонта средств связи, данная разница сравнивается с требуемым значением, если разница превышает требуемое значение, то проводится корректировка условий имитации проведения ремонта средств связи на моделируемой сети связи, если необходимости в проведении ремонта средств связи нет, то проводится поставка необходимых запасных средств связи для реальной сети связи и одновременно имитация этого процесса, далее вычисляется разница реального и моделируемого времени поставки запасных средств связи, которая сравнивается с требуемым значением, если разница превышает требуемое значение, то проводится корректировка условий имитации поставки запасных средств связи для моделируемой сети связи.

Однако недостатком способа-прототипа является отсутствие возможности имитации формирования структур разнородных сетей связи и процесса их взаимодействия, и отсутствие возможности расчета вероятности наличия маршрута между абонентами разнородных сетей связи в информационном направлении, с учетом заданных характеристик элементов сети связи.

Техническим результатом изобретения является расширение возможностей способа-прототипа, заключающееся в повышении достоверности моделирования за счет имитации формирования структур разнородных сетей связи и процесса их взаимодействия, и расчете вероятности наличия маршрута между абонентами в информационном направлении, с учетом заданных характеристик элементов сети связи.

Технический результат достигается тем, что в известном способе моделирования сетей связи, заключающийся в том, что задают количество узлов связи, количество линий связи; законы распределения случайных событий; формируют граф исследуемой вероятностной сети, записывают код числа планируемых экспериментов, формируют в каждом из статистических экспериментов граф, в котором может существовать или отсутствовать маршрут в заданных информационных направлениях, имитируют перемещение элементов сети связи, дополнительно задают N_icc - количество разнородных сетей связи, i ∈ [1…n]; N_ИН - количество информационных направлений в разнородной сети связи;

- количество элементов в разнородных сетях связи; R - ранг узлов i-й сети; М[Х], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий R - рангу узлов i-й сети; Pr_i - пропускную способность элементов i-й сети; М[Х], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий Pr_i i-й сети; Pr_min - минимальную пропускную способность элемента, требуемой абоненту i-й сети; Q_i - показатель, характеризующий живучесть элементов i-й сети; М[Х], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий Q_i i-й сети; Q_min - показатель, характеризующий минимальную требуемую живучесть элемента i-й сети; L_max - максимальную длину линии привязки между узлами i-й сети и узлами i+1 сети; N_ВЗ - количество узлов i-й сети, принимающих участие в процессе взаимодействия i-й и i+1 сетей; M[Z], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий N_ВЗ, N_n - номера узлов, принимающих участие в процессе взаимодействия i-й и i+1 сетей, M₁[X], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий N_n, R_min - минимальный ранг узлов связи i-й и i+1 сетей, принимающих участие в процессе взаимодействия;

- максимально допустимое количество линий привязки для узлов i-й и i+1 сетей; t_{стац.сост.эл.} - интервал времени стационарного состояния элемента сети связи; T_{стац.сост.эл} - период времени стационарного состояния элемента сети связи, М[Х], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий T_{стац.сост.эл.}; t_мод - время моделирования сети связи, при формировании графа исследуемой вероятностной сети генерируют начальную топологию и структуру n-разнородных сетей, различных по составу и линиям привязки между узлами однородной сети связи, способу передачи, виду сигнала, при этом элементы n-разнородных сетей связи не связаны между собою, генерируют характеристики элементов разнородных сетей связи, формируют матрицу

информационных направлений между узлами n-разнородных сетей связи, записывают в ячейку памяти, хранящую значение текущего времени «0», записывают в ячейку памяти, хранящую значение признака смены состояния сети связи «0», записывают в ячейку памяти, хранящую значение количества взаимодействующих сетей связи «1», записывают в ячейку памяти, хранящую значение количества элементов взаимодействующей сети связи «1», сравнивают значение времени стационарного состояния j-го элемента i-й сети t_{стац.сост.эл.} с текущим временем, если t_{стац.сост.эл.} меньше либо равно значению текущего времени, то имитируют перемещение абонентов, генерируют период времени стационарного состояния j-го элемента i-й сети Т_{стац.сост.эл.}, записывают в ячейку памяти, хранящую значение признака смены состояния сети связи «1», если t_{стац.сост.эл.} больше значения текущего времени, то записывают в ячейку памяти, хранящую значение количества взаимодействующих сетей связи «1», сравнивают текущее количество элементов взаимодействующей i-й сети с заданным количеством элементов взаимодействующей i-й сети

, если текущее количество элементов взаимодействующей i-й сети меньше требуемого значения, то сравнивают значение времени стационарного состояния следующего j+1-го элемента i-й сети t_{стац.сост.эл.} с текущим временем, если текущее количество элементов взаимодействующей i-й сети больше либо равно требуемого значения, то записывают в ячейку памяти, хранящую значение количества взаимодействующих сетей связи «1», сравнивают текущее количество взаимодействующих сетей связи с заданным количеством взаимодействующих сетей связи N_icc, если текущее количество взаимодействующих сетей связи меньше требуемого значения, то сравнивают значение времени стационарного состояния j-го элемента i+1-й сети t_{стац.сост.эл.} с текущим временем, если текущее количество взаимодействующих сетей связи больше либо равно требуемого значения, то измеряют значение признака смены состояния сети связи, хранящегося в ячейке памяти, сравнивают значение признака смены состояния сети связи, хранящегося в ячейке памяти, если значение признака смены состояния сети связи равно «0», то фиксируют пути успешного функционирования для каждого информационного направления, если значение признака смены состояния сети связи равно «1», то имитируют процесс взаимодействия разнородных сетей связи между собою, при этом генерируют

, заданное количество узлов i-й сети, взаимодействующих с заданным количеством узлов i+1 сети, генерируют N_n заданные номера узлов в каждой сети, принимающих участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, при формировании в каждом из статистических экспериментов графа, в котором может существовать или отсутствовать маршрут в заданных информационных направлениях, дополнительно создают

матрицу расстояний между узлами разнородных сетей, измеряют от каждого из узлов i-й сети, принимающих участие во взаимодействии разнородных сетей, значения расстояний до всех узлов i+1 сети, принимающих участие во взаимодействии разнородных сетей, которые записывают в ячейки матрицы расстояний между узлами разнородных сетей, принимающих участие во взаимодействии, сравнивают значения расстояний между узлами разнородных сетей, выбирают ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, сравнивают значение расстояния между ближайшим к узлу i-й сети узлом i+1 сети с L_max максимально допустимым значением расстояния между узлами разнородных сетей, если значение расстояния между узлами разнородных сетей превышает максимально допустимые значения, то выбирают следующий ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если значение расстояния между узлами разнородных сетей не более максимально допустимого значения, то измеряют значение показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, сравнивают значение показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, с минимальным требуемым значением показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, если значение показателя характеризующего живучесть ближайшего к узлу i-й сети узла i+1 сети не превышает минимального требуемого значения показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, то выбирают следующий ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если значение показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, не менее минимального требуемого значения показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, то измеряют Pr_i значение пропускной способности ближайшего к узлу i-й сети узла i+1 сети, сравнивают значение пропускной способности ближайшего к узлу i-й сети узла i+1 сети с Pr_min минимальной пропускной способностью, требуемой абоненту, если значение пропускной способности ближайшего к узлу i-й сети узла i+1 сети не превышает значение минимальной пропускной способности, то выбирают следующий ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если значение пропускной способности ближайшего к узлу i-й сети узла i+1 сети не менее значения минимальной пропускной способности, то измеряют количество линий привязки i-й сети, подключенных к узлу i+1 сети, сравнивают количество линий привязки i-й сети, подключенных к узлу i+1 сети с максимально допустимым количеством линий привязки узла i+1 сети, если значение линий привязки i-й сети, подключенных узлу i+1 сети, более максимально допустимого значения количества линий привязки узла i+1 сети, то выбирают следующий ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если значение линий привязки i-й сети, подключенных к узлу i+1 сети, менее требуемого значения максимально допустимого количества линий привязки узла i+1 сети, то измеряют количество линий привязки узла i-й сети, принимающего участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, сравнивают количество линий привязки узла i-й сети, с минимальным рангом узлов связи i-й сети, принимающих участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если количество линий привязки узла i-й сети превышает требуемые значения, то выбирают следующий ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если количество линий привязки узла i-й сети не превышает требуемые значения, то имитируют соединение узла i-й сети, принимающего участие в процессе взаимодействия разнородных сетей с узлом i+1 сети, принимающим участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, при этом генерируют непрерывный во времени сигнал x(t), ограничивают спектр непрерывного по времени сигнала низкочастотным фильтром, измеряют уровень непрерывный во времени сигнала, выбирают частоту семплирования, генерируют последовательность импульсов с периодом T и амплитудами, равными значению непрерывного по времени сигнала x(t) в момент отсчета, измеряют мгновенные значения амплитуд по отношению к опорному источнику напряжения, разделяют динамический диапазон изменений значений амплитуд сигнала на конечное число интервалов, преобразуют мгновенные значения амплитуд в кодовую комбинацию символов двоичного исчисления, генерируют последовательность импульсов постоянной частоты, амплитуда которых передается цифровыми значениями, интерполируют форму цифрового сигнала высокочастотным фильтром, генерируют электрический сигнал необходимой амплитуды в соответствующие моменты времени, измеряют значение напряжения электрического сигнала, преобразуют последовательность импульсов постоянной частоты, амплитуда которых передается цифровыми значениями, в непрерывный по времени сигнал, генерируют значения пропускной способности и показателя, характеризующего живучесть, для сформированной линии привязки между узлами i-й сети и i+1 сети, фиксируют пути успешного функционирования для каждого информационного направления, измеряют интервал времени моделирования, сравнивают значение текущего времени с значением времени моделирования, если время моделирования не истекло, то сравнивают значение времени стационарного состояния j-го элемента i-й сети t_{стац.сост.эл.} с текущим временем, если время моделирования истекло, то рассчитывают вероятность наличия маршрута между абонентами в информационном направлении.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленного способа, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг.1 - алгоритм формирования и процесса взаимодействия структур разнородных сетей связи;

фиг.2 - структура сетей связи (вариант);

фиг.3 - матрица информационных направлений между узлами разнородных сетей связи;

фиг.4 - матрица расстояний между узлами разнородных сетей связи;

фиг.5 - структурная схема преобразования сигнала при передаче информационного сообщения от одного абонента, находящегося на взаимодействующем узле, к другому абоненту, находящемуся на взаимодействующем узле.

Заявленный способ реализован в виде алгоритма моделирования, представленного на фиг.1.

В блоке 1 осуществляется ввод основных исходных данных, которыми являются N_icc - количество разнородных сетей связи, i ∈ [1…n]; N_ИН - количество информационных направлений в разнородной сети связи;

- количество элементов в разнородных сетях связи, i ∈ [1…n]; R - ранг узлов i-й сети; M[X], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий R - рангу узлов i-й сети; Pr_i - пропускную способность элементов i-й сети, M[X], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий Pr_i i-й сети; Pr_min - минимальную пропускную способность элемента, требуемой абоненту i-й сети; Q_i - показатель, характеризующий живучесть элементов i-й сети; M[X], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий Q_i i-й сети; Q_min - показатель, характеризующий минимальную требуемую живучесть элемента i-й сети; L_max - максимальную длину линии привязки между узлами i-й сети и узлами i+1 сети; N_вз - количество узлов i-й сети, принимающих участие в процессе взаимодействия i-й и i+1 сетей; M[X], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий N_ВЗ; N_n - номера узлов, принимающих участие в процессе взаимодействия i-й и i+1 сетей, M₁[X], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий N_n; R_min - минимальный ранг узлов связи i-й и i+1 сетей, принимающих участие в процессе взаимодействия;

- максимально допустимое количество линий привязки для узлов i-й и i+1 сетей; t_{стац.сост.эл.} - интервал времени стационарного состояния элемента сети связи; T_{стац.сост.эл.} - период времени стационарного состояния элемента сети связи, M[X], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий T_{стац.сост.эл.}; t_мод - время моделирования сети связи.

В блоке 2 записывают код числа планируемых экспериментов.

В блоке 3 формируют граф вероятностной сети, при этом генерируют начальную топологию и структуру n-разнородных сетей, различных по составу и линиям привязки между узлами однородной сети связи, и виду передаваемой информации, при этом элементы n-разнородных сетей связи не связаны между собою. Структура разнородных сетей связи описывается матрицей связности элементов разнородных сетей связи [Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992, C.111, табл.3.6].

Для каждой разнородной сети связи осуществляется генерация координат районов размещения ее элементов. Значения координат элементов разнородных сетей связи и значения матрицы связности для каждой из разнородных сетей связи записывают в определенные для хранения данной информации ячейки памяти.

Пример структуры сети связи представлен на фиг.2. Структура исследуемой сети связи рассматривается как совокупность {M} двухполюсных систем. Полюсами в двухполюсных системах являются узлы разнородных сетей связи, которые представляют вершины графа [Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992].

В блоке 4 по нормальному закону распределения случайных величин генерируют характеристики элементов разнородных сетей связи, такие как значения Pr_i пропускной способности элементов сети связи и значения Q_i показателей, характеризующих живучесть элементов сети связи.

Методы генерации последовательности случайных чисел для блоков 3, 4, 12, 19, 20, 33, 37, 41, 43, 46 по заданному закону распределения случайных величин описаны в [Дональд Кнут Искусство программирования, том 2. Получисленные алгоритмы - The Art of Computer Programming, vol.2. Seminumerical Algorithms - 3-е изд. - M.: «Вильямс», 2007. - С.11-165].

В блоке 5 формируют матрицу информационных направлений между узлами разнородных сетей связи

, где m - количество узлов, a_ij - ИН между узлами. Пример матрицы информационных направлений между узлами разнородных сетей связи представлен на фиг.3. Количество информационных направлений задается в исходных данных. Если информационное направление между узлами разнородных сетей связи существует, то в ячейки памяти, хранящие значения матрицы информационных направлений записывают «1», в противном случае, в ячейки памяти записывают «0».

В блоке 6 обнуляют счетчик текущего времени.

В блоке 7 обнуляют ячейку памяти, хранящую значение признака смены состояния сети связи. Под сменой состояния сети связи понимается перемещение элемента сети связи, влекущее за собой изменение количества маршрутов в каждом информационном направлении. В случае смены состояния сети связи, в ячейку памяти, хранящую значение признака смены состояния сети связи, записывают значение «1».

В блоке 8 устанавливают в единицу счетчик, определяющий количество взаимодействующих разнородных сетей связи.

В блоке 9 устанавливают в единицу счетчик, определяющий количество элементов во взаимодействующей сети связи.

В блоке 10 сравнивают значение времени стационарного состояния j-го элемента i-й сети связи t_{стац.сост.эл.} с текущим временем, если t_{стац.сост.эл.} не истекло, то в блоке 11 имитируют перемещение элементов сети связи, при этом генерируют новые координаты элемента сети связи.

В блоке 12, по равномерному закону распределения случайных величин, генерируют период времени стационарного состояния j-го элемента i-й сети T_{стад.сост.эл.}

В блоке 13 записывают в ячейку памяти, хранящую значение признака смены состояния сети связи, «1». «1» в ячейке памяти означает, что у элемента(ов) сети связи изменились координаты и, соответственно, изменилось количество путей успешного функционирования (ПУФ) [Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992, С.126] в информационном направлении. «0» в ячейке памяти означает, что у элемента(ов) сети связи координаты не изменились и, соответственно, не изменилось количество путей успешного функционирования в информационном направлении.

Если значение времени стационарного состояния j-го элемента i-й сети связи t_{стац.сост.эл.} истекло, то в блоке 14 увеличивают на «1» счетчик числа элементов i-й сети связи.

В блоке 15 сравнивают текущее количество элементов взаимодействующей i-й сети с заданным количеством элементов взаимодействующей i-й сети

, если текущее количество элементов взаимодействующей i-й сети меньше требуемого значения, то управление передается в блок 10, в противном случае, в блоке 16 увеличивают на «1» счетчик числа взаимодействующих сетей связи.

В блоке 17 сравнивают текущее количество взаимодействующих сетей связи с заданным количеством взаимодействующих сетей связи N_icc, если текущее количество взаимодействующих сетей связи меньше требуемого значения, то управление передается в блок 9, в противном случае, в блоке 18 сравнивают значение признака смены состояния сети связи с «1». Если значение признака смены состояния сети связи не равно «1», то управление передается в блок 47, в противном случае, имитируют процесс взаимодействия разнородных сетей связи между собою, при этом в блоке 19 по нормальному закону распределения случайных величин генерируют

количество взаимодействующих узлов разнородных сетей связи.

В блоке 20 по равномерному закону распределения случайных величин генерируют N_n номера взаимодействующих узлов разнородных сетей связи.

В блоке 21 формируют матрицу расстояний между узлами разнородных сетей связи

, где n - количество узлов, b_ij - расстояние L_i между узлами разнородных сетей связи. Пример построения матрицы расстояний между узлами разнородных сетей связи представлен на фиг.4.

В блоке 22 измеряют от каждого из

узлов i-й сети, принимающих участие во взаимодействии разнородных сетей связи, значения расстояний до всех

узлов i+1 сети, принимающих участие во взаимодействии разнородных сетей связи, где k ∈ [1…n], l ∈ [1…n], которые записывают в ячейки матрицы расстояний между узлами разнородных сетей связи.

В блоке 23 выбирают ближайший к

узлу i-й сети

узел i+1 сети путем сравнения значений расстояний между узлами разнородных сетей. Критерием выбора

узла i+1 сети является его минимальное удаление S_min от узла

i-й сети.

В блоке 24 сравнивают значение расстояния между ближайшим к узлу i-й сети узлом i+1 сети с максимально допустимым значением расстояния между узлами разнородных сетей. Если полученное значение не удовлетворяет заданному критерию, то управление передается на блок 23, где выбирают следующий минимально удаленный от узла i-й сети узел i+1 сети, в противном случае, в блоке 25 измеряют значение показателя Q_i, характеризующего живучесть узла i+1 сети. В блоке 26 сравнивают значение показателя Q_i, характеризующего живучесть узла i+1 сети с минимально допустимым значением показателя Q_min, требуемым абоненту i-й сети. Если полученное значение не удовлетворяет заданному критерию, то управление передается на блок 23, где выбирают следующий минимально удаленный от узла i-й сети узел i+1 сети, в противном случае, в блоке 27 измеряют значение пропускной способности узла i+1 сети связи, полученное в процессе генерации значений пропускных способностей узлов. В блоке 28 сравнивают значение пропускной способности узла i+1 сети связи с заданным в исходных данных минимально допустимым значением пропускной способности элемента, требуемой абоненту i-й сети Pr_min. Если полученное значение не удовлетворяет заданному критерию, то управление передается на блок 23, в противном случае, в блоке 29 измеряют количество линий привязки i-й сети связи с узлом i+1 сети.

В блоке 30 сравнивают количество линий привязки i-й сети связи с узлом i+1 сети с максимально допустимым значением линий привязки i-й сети связи с узлом i+1 сети

Если измеренное значение не удовлетворяет заданному критерию, то управление передается на блок 23, в противном случае, в блоке 31 измеряют количество линий привязки узла i-й сети связи. Результат измерений в блоке 32 сравнивают с требуемым минимальным значением ранга узлов i-й сети связи R_min. Если полученное значение не удовлетворяет заданному критерию, то управление передается на блок 23, в противном случае, имитируют соединение узла i-й сети, принимающего участие в процессе взаимодействия разнородных сетей с узлом i+1 сети, принимающим участие в процессе взаимодействия разнородных сетей. Структурная схема преобразования сигнала представлена на фиг.5.

В блоке 33 генерируют непрерывный во времени x(t) сигнал, который поступает на вход узла 1 фиг.5. В блоке 34 ограничивают спектр непрерывного по времени сигнала низкочастотным фильтром (узел 1 фиг.5). Дискретизируют сигнал, при этом в блоке 35 измеряют уровень непрерывного по времени сигнала, в блоке 36 выбирают частоту семплирования, в блоке 37 генерируют последовательность импульсов с периодом Т и амплитудами, равными значению непрерывного по времени сигнала x(t) в момент отсчета (узел 2 фиг.5). Далее осуществляют процесс квантования и кодирования сигнала, при этом в блоке 38 измеряют мгновенные значения амплитуд по отношению к опорному источнику напряжения, в блоке 39 разделяют динамический диапазон изменений значений амплитуд сигнала xD(t) на конечное число интервалов, в блоке 40 преобразуют мгновенные значения амплитуд в кодовую комбинацию символов двоичного исчисления, в блоке 41 генерируют последовательность импульсов постоянной частоты, амплитуда которых передается цифровыми значениями (узлы 3-5 фиг.5). Процедура декодирования, сглаживания цифрового сигнала происходит в узлах 6-8 фиг.5, при этом в блоке 42 интерполируют форму цифрового сигнала высокочастотным фильтром. В блоке 43 генерируют сигнал необходимой амплитуды в соответствующие моменты времени. В блоке 44 измеряют значение напряжения сигнала. В блоке 45 преобразуют последовательность импульсов постоянной частоты, амплитуда которых передается цифровыми значениями в непрерывный по времени сигнал x(t) [Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 3-х томах: Т.2. Пер. с англ. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Мир, 1993. - 371 с.].

В блоке 46 генерируют значения пропускной способности и показателя, характеризующего живучесть, для сформированной линии привязки между узлами i-й сети и i+1 сети. Далее, в блоке 47 фиксируют пути успешного функционирования для каждого информационного направления. Затем, в блоке 48 отражают факт приращения текущего времени на Δt.

В блоке 49 измеряют интервал времени моделирования, если время моделирования не истекло, то управление передается в блок 7, если время моделирования истекло, то в блоке 50 рассчитывают вероятность наличия маршрута между абонентами в информационном направлении по формуле [Вентцель Е.С.Теория вероятностей: Учебник для студ. вузов - 9-е изд., стер. -М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 576 с., С.22.]:

где

- статистическая вероятность наличия маршрута между абонентами в l-м информационном направлении при n-испытаниях;

- количество испытаний при моделировании;

l - номер ИН между абонентами разнородных сетей связи;

- количество ПУФ в l-м информационном направлении при n-испытаниях,

ПУФ_kj - существующий путь успешного функционирования в l-м информационном направлении, который может принимать значения 0 или 1.

В процессе моделирования разнородных сетей связи задача определения числа испытаний, обеспечивающих точность и достоверность результатов, при исследовании параметров, случайные значения которых разнесены по нормальному закону распределения, решается на основе предельной теоремы, согласно которой отклонение среднего значения случайной величины от его математического ожидания распределено по нормальному закону с M(x)=0 и

, где σ - среднеквадратичное отклонение случайной величины x, N - число испытаний.

В случае произвольного распределения случайных значений искомых параметров число испытаний определяется на основании неравенства Чебышева

где

- достоверность оценки (вероятность того, что выполняется требуемое неравенство);

- точность оценки, при выполнении требования

,

где

- оценка математического ожидания, полученная в результате эксперимента; M(x) - математическое ожидание искомого параметра;

σ² - дисперсия случайной величины x.

Учитывая, что значение априорной вероятности, которая определяется предварительными испытаниями на модели для предлагаемого способа и способа-прототипа, не определено, то используют формулу для наихудшего случая, принимая Р=0,5 (Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992, стр.14-16):

где

- значение аргумента функции Лапласа;

N - количество учитываемых параметров при расчете вероятности исхода операции.

Для оценки эффективности произведенных действий, при достижении технического результата, рассчитывается достоверность результатов имитационного моделирования в способе-прототипе и в предлагаемом способе.

В способе-прототипе, при имитации моделирования сети связи учитывается 3 фактора, влияющих на достоверность оценки результатов имитационного моделирования (формирование графа исследуемой вероятностной сети; формирование в каждом из статических экспериментов графа, в котором может существовать или отсутствовать путь от истока графа к каждой из соединенных вершин; имитация перемещения элементов сетей связи).

Считая, что точность оценки результатов моделирования в способе-прототипе и предлагаемом способе одинакова и имеет установленное значение ε=0,2, достоверность полученных результатов рассчитывается в 2 этапа. На первом этапе рассчитывается значение аргумента функции Лапласа в способе-прототипе, согласно формуле (3)

t1_α=0,69

На втором этапе, на основе значения аргумента функции Лапласа, вычисляется достоверность полученных результатов в способе-прототипе, которая будет равна α1=0,25 (http://natalymath.narod.ru/laplas.html).

В предлагаемом способе при имитации моделирования сети связи учитывается 6 факторов, влияющих на достоверность оценки имитационного моделирования (формирование графа исследуемой вероятностной сети; формирование в каждом из статических экспериментов графа, в котором может существовать или отсутствовать маршрут в заданных информационных направлениях; имитация перемещения элементов сетей связи; формирование структур разнородных сетей связи; формирование процесса взаимодействия структур разнородных сетей связи; расчет вероятности наличия маршрута между абонентами в информационном направлении).

Значение аргумента функции Лапласа в предлагаемом способе, согласно формулы (4), равно t2_α=0,98.

Достоверность оценки требуемого параметра в предлагаемом способе равна α2=0,33. (http://natalymath.narod.ru/laplas.html).

Выигрыш в достоверности оценки полученных результатов равен

α2-α1=0,33-0,25=0,08.

Таким образом, достигается технический результат заявленного способа.

Claims (1)

1. Способ моделирования разнородных сетей связи, заключающийся в том, что задают количество узлов связи, количество линий связи; законы распределения случайных событий; формируют граф исследуемой вероятностной сети, записывают код числа планируемых экспериментов, формируют в каждом из статистических экспериментов граф, в котором может существовать или отсутствовать маршрут в заданных информационных направлениях, имитируют перемещение элементов сети связи, отличающийся тем, что дополнительно задают N_icc - количество разнородных сетей связи, i ∈ [1…n];

   

   - количество элементов в разнородных сетях связи; R - ранг узлов i-й сети; М[Х], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий R - рангу узлов i-й сети; Pr_i - пропускную способность элементов i-й сети; М[Х], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий Pr_i i-й сети; Pr_min - минимальную пропускную способность элемента, требуемой абоненту i-й сети; Q_i - показатель, характеризующий живучесть элементов i-й сети; М[Х], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий Q_i i-й сети; Q_min - показатель, характеризующий минимальную требуемую живучесть элемента i-й сети; L_max - максимальную длину линии привязки между узлами i-й сети и узлами i+1 сети; N_вз - количество узлов i-й сети, принимающих участие в процессе взаимодействия i-й и i+1 сетей; М[Х], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий N_вз, N_n - номера узлов, принимающих участие в процессе взаимодействия i-й и i+1 сетей, M₁[X], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий N_n; R_min - минимальный ранг узлов связи i-й и i+1 сетей, принимающих участие в процессе взаимодействия;

   

   - максимально допустимое количество линий привязки для узлов i-й и i+1 сетей; t_{стац.сост.эл.} - интервал времени стационарного состояния элемента сети связи; Т_{стац.сост.эл.} - период времени стационарного состояния элемента сети связи, М[Х], δ² и закон распределения случайной величины, соответствующий Т_{стац.сост.эл.}; t_мод - время моделирования сети связи, при формировании графа исследуемой вероятностной сети генерируют начальную топологию и структуру n-разнородных сетей, различных по составу и линиям привязки между узлами однородной сети связи, способу передачи, виду сигнала, при этом элементы n-разнородных сетей связи не связаны между собою, генерируют характеристики элементов разнородных сетей связи, формируют

   

   матрицу информационных направлений между узлами n-разнородных сетей связи, записывают в ячейку памяти, хранящую значение текущего времени «0», записывают в ячейку памяти, хранящую значение признака смены состояния сети связи «0», записывают в ячейку памяти, хранящую значение количества взаимодействующих сетей связи «1», записывают в ячейку памяти, хранящую значение количества элементов взаимодействующей сети связи «1», сравнивают значение времени стационарного состояния j-го элемента i-й сети t_{стац.сост.эл.} с текущим временем, если Т_{стац.сост.эл.} меньше либо равно значению текущего времени, то имитируют перемещение абонентов, генерируют период времени стационарного состояния j-го элемента i-й сети Т_{стац.сост.эл.}, записывают в ячейку памяти, хранящую значение признака смены состояния сети связи «1», если t_{стац.сост.эл.} больше значения текущего времени, то записывают в ячейку памяти, хранящую значение количества взаимодействующих сетей связи «1», сравнивают текущее количество элементов взаимодействующей i-й сети с заданным количеством элементов взаимодействующей i-й сети

   

   если текущее количество элементов взаимодействующей i-й сети меньше требуемого значения, то сравнивают значение времени стационарного состояния следующего j+1-го элемента i-й сети t_{стац.сост.эл.} с текущим временем, если текущее количество элементов взаимодействующей i-й сети больше либо равно требуемому значению, то записывают в ячейку памяти, хранящую значение количества взаимодействующих сетей связи «1», сравнивают текущее количество взаимодействующих сетей связи с заданным количеством взаимодействующих сетей связи N_iсс, если текущее количество взаимодействующих сетей связи меньше требуемого значения, то сравнивают значение времени стационарного состояния j-го элемента i+1-й сети t_{стац.сост.эл.} с текущим временем, если текущее количество взаимодействующих сетей связи больше либо равно требуемого значения, то измеряют значение признака смены состояния сети связи, хранящегося в ячейке памяти, сравнивают значение признака смены состояния сети связи, хранящегося в ячейке памяти, если значение признака смены состояния сети связи равно «0», то фиксируют пути успешного функционирования для каждого информационного направления, если значение признака смены состояния сети связи равно «1», то имитируют процесс взаимодействия разнородных сетей связи между собой, при этом генерируют
   

   

   заданное количество узлов i-й сети, взаимодействующих с заданным количеством узлов i+1 сети, генерируют N_n заданные номера узлов в каждой сети, принимающих участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, при формировании в каждом из статистических экспериментов графа, в котором может существовать или отсутствовать маршрут в заданных информационных направлениях, дополнительно создают

   

   матрицу расстояний между узлами разнородных сетей, измеряют от каждого из узлов i-й сети, принимающих участие во взаимодействии разнородных сетей, значения расстояний до всех узлов i+1 сети, принимающих участие во взаимодействии разнородных сетей, которые записывают в ячейки матрицы расстояний между узлами разнородных сетей, принимающих участие во взаимодействии, сравнивают значения расстояний между узлами разнородных сетей, выбирают ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, сравнивают значение расстояния между ближайшим к узлу i-й сети узлом i+1 сети с L_max максимально допустимым значением расстояния между узлами разнородных сетей, если значение расстояния между узлами разнородных сетей превышает максимально допустимые значения, то выбирают следующий ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если значение расстояния между узлами разнородных сетей не более максимально допустимого значения, то измеряют значение показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, сравнивают значение показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, с минимальным требуемым значением показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, если значение показателя характеризующего живучесть ближайшего к узлу i-й сети узла i+1 сети не превышает минимального требуемого значения показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, то выбирают следующий ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если значение показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, не менее минимального требуемого значения показателя, характеризующего живучесть элемента сети связи, то измеряют Pr_i значение пропускной способности ближайшего к узлу i-й сети узла i+1 сети, сравнивают значение пропускной способности ближайшего к узлу i-й сети узла i+1 сети, с Pr_min минимальной пропускной способностью, требуемой абоненту, если значение пропускной способности ближайшего к узлу i-й сети узла i+1 сети не превышает значение минимальной пропускной способности, то выбирают следующий ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если значение пропускной способности ближайшего к узлу i-й сети узла i+1 сети не менее значения минимальной пропускной способности, то измеряют количество линий привязки i-й сети, подключенных к узлу i+1 сети, сравнивают количество линий привязки i-й сети, подключенных к узлу i+1 сети с максимально допустимым количеством линий привязки узла i+1 сети, если значение линий привязки i-й сети, подключенных узлу i+1 сети, более максимально допустимого значения количества линий привязки узла i+1 сети, то выбирают следующий ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если значение линий привязки i-й сети, подключенных к узлу i+1 сети, менее требуемого значения максимально допустимого количества линий привязки узла i+1 сети, то измеряют количество линий привязки узла i-й сети, принимающего участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, сравнивают количество линий привязки узла i-й сети, с минимальным рангом узлов связи i-й сети, принимающих участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если количество линий привязки узла i-й сети превышает требуемые значения, то выбирают следующий ближайший к узлу i-й сети узел i+1 сети, принимающий участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, если количество линий привязки узла i-й сети не превышает требуемые значения, то имитируют соединение узла i-й сети, принимающего участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, с узлом i+1 сети, принимающим участие в процессе взаимодействия разнородных сетей, при этом генерируют непрерывный во времени сигнал x(t), ограничивают спектр непрерывного по времени сигнала низкочастотным фильтром, измеряют уровень непрерывный во времени сигнала, выбирают частоту семплирования, генерируют последовательность импульсов с периодом Т и амплитудами, равными значению непрерывного по времени сигнала x(t) в момент отсчета, измеряют мгновенные значения амплитуд по отношению к опорному источнику напряжения, разделяют динамический диапазон изменений значений амплитуд сигнала на конечное число интервалов, преобразуют мгновенные значения амплитуд в кодовую комбинацию символов двоичного исчисления, генерируют последовательность импульсов постоянной частоты, амплитуда которых передается цифровыми значениями, интерполируют форму цифрового сигнала высокочастотным фильтром, генерируют электрический сигнал необходимой амплитуды в соответствующие моменты времени, измеряют значение напряжения электрического сигнала, преобразуют последовательность импульсов постоянной частоты, амплитуда которых передается цифровыми значениями, в непрерывный по времени сигнал, генерируют значения пропускной способности и показателя, характеризующего живучесть, для сформированной линии привязки между узлами i-й сети и i+1 сети, фиксируют пути успешного функционирования для каждого информационного направления, измеряют интервал времени моделирования, сравнивают значение текущего времени с значением времени моделирования, если время моделирования не истекло, то сравнивают значение времени стационарного состояния j-го элемента i-й сети t_{стац.сост.эл.} с текущим временем, если время моделирования истекло, то рассчитывают вероятность наличия маршрута между абонентами в информационном направлении.

Images