Способ оценки устойчивости процесса управления в АСУ

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ В АСУ(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Хижняк Александр Вячеславович Фролов Юрий Викторович Потетенко Сергей Викторович Белоус Алексей Алексеевич Шеин Алексей Сергеевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(57) Способ оценки устойчивости процесса управления в автоматизированной системе управления, при котором осуществляют управление из основного элемента упомянутой 12595 1 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 всемиоконечными элементами , определяемую из выражения, где- вероятность выполнения своих функций -м структурным элементом системы управления, определяемая из выраженияоткжобр,где отк - вероятность безотказной работы -го элемента системы управления ж - вероятность непоражения -го элемента системы противником обр - вероятность достоверной и своевременной обработки информации, поступающей в -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( )( )1- число концевых элементов, сохранивших автоматизированное управление 0 - число концевых элементов до подавления- число логически возможных состояний подсистемы при осуществлении по ней воздействий 2- вероятность того, что подсистема окажется в -м состоянии после осуществлениявоздействий- число концевых элементов, потерявших автоматизированное управление, при переходе системы из исправного в -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 всехоконечных элементов Рс., где- количество объектов в системе- вероятность выполнения своих функций отдельным структурным элементом системы.откжобр,где отк - вероятность безотказной работы -го элемента системы ж - вероятность непоражения -го элемента противником обр - вероятность достоверной и своевременной обработки информации, поступающей в -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,1,где- интенсивность потока, который необходимо передать от узлав узел . 3 12595 1 2009.10.30 Далее рассчитывается средняя задержка по времени передачи потока между произвольной парой узлов 1 ср,(, ) где- суммарная величина входного потока- пропускная способность канала связи, существующего между смежными узлами(бит/с)- интенсивность суммарного потока, протекающего по КС (,) (с учетом транзитных потоков)- интенсивность потока, который необходимо передать от узладо узла , протекающего по каналу (,). 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, где В процессе расчета используются также следующие рабочие матрицы- матрица удельных длин путей передачи информации извпо пути ми нимальной длины(если 1, то а) М- матрица минимальных маршрутовпо сети, где- вершина, смеж- искомая матрица информационных потоков в сети, где- суммарный поток, протекающий по КС (,) (с учетом транзитных потоков). Алгоритм расчета состоит из конечного числа однотипных итераций, в ходе которых строятся и уточняются матрицыи . При выполнении первой итерации рассчитываются характеристики сети для маршрутов единичной длины. Во-первых, определяется матрица, если 1,, в другом сл., где- длина пути между узлами , . Во-вторых, заполняется матрица маршрутов М(1) Во время второй и последующих итераций определяются минимальные маршруты длиной 2, 3, ,и рассчитываются соответствующие матрицы , . Для этого просматривается -я строка матрицы (-1) и определяется( )(1),(1)(1) . Если( - 1), то производится переприсвоение элементов матрицы( - 1), после чего происходит переход к рассмотрению следующего элемента той строки. Если( - 1), то производится замена элементав маршрутной мат 4 12595 1 2009.10.30 рице ( - 1)( - 1). Причем, данный шаг последовательно повторяется для всех строк матрицы ( - 1). Если для матрицивыполняются условия( - 1),( - 1) и в матриценет пустых элементов, то это является критерием окончания работы алгоритма. В этом случае матрицаМ - матрица кратчайших путей,А - соответствующая ей матрица длин этих путей. Построив маршрутную матрицу М, можно определить кратчайший путьмежду произвольной парой узлов (, ). Это производится по следующему алгоритму. 1. Рассматривается значение элемента . Если, то кратчайший путь. 2. Если 1, то в матрице М ищется элемент 1 и анализируется его значение. 3. Если 12, то искомый кратчайший путь 1. Если 2, то производится переход к шагу 2, при этом 12. Таким образом, если черезитераций получен элемент, то кратчайший путь между узлами (, )---1-2 - 1 -. После определения маршрутной матрицы кратчайших путей необходимо рассчитать матрицу информационных потоков по данным путям. Алгоритм расчета потоков состоит из( - 1) итераций. На первом шаге, при начальных условиях 0, (0)(0)0, (,)Е из матрицы выбирается -й элемент 12 и по матрице М находится кратчайший путь. В этом случае информационный поток между узлами 1 и 2 равен 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, тогда После данных действий осуществляется проверка условия( - 1). Если условие выполняется, матрица потоков рассчитана. После расчета матрицы информационных потоков по кратчайшим путямопределяется общая вероятность своевременной доставки информации в -й элемент системы где СД - вероятность доставки информации от -го элемента в -й элемент по кратчайшему пути. Она рассчитывается по формулег где г - коэффициент готовности канала связи- пропускная способность канала связи, существующего между смежными узлами ,- интенсивность суммарного потока между узлами ,- интенсивность штатного информационного потока между узлами ,- суммарная величина информационного потока. где- интенсивность восстановления канала связи 0 - интенсивность отказов- длина канала связи. Общая вероятность своевременной доставки информации в системе равна Далее рассчитывается показатель ценности доставленной информации для организации информационного взаимодействия элементов системы. Для оценки качества ИВ между данными элементами предлагается использовать зависимость ивСД( ) , где СД - вероятность своевременной доставки информации из узлав узелпо кратчайшему пути- ценность информации, переданной из узлав узел . Схема информационного взаимодействия (ИВ) между двумя узлами системы представлена на фиг. 3. Если в момент времени 0 признак состояния объектана объектеимел значение а(0), то в некоторый момент 0, реально он будет иметь значение( ) , причем( )( 0 )( ) , где- показатель старения объекта. Кроме этого, передаче информации от объектаобъектусвойственно наличие двух видов ошибок ошибки ввода информации,( 0 ) -( 0 )ошибки при передаче информации( 0 ) -. Таким образом, в момент временирасхождение между действительным состоянием объекта( ) и поступившей информациейсоставляет( )( )( ),( ) . 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( )( ) ( ) ( ) ,где- эффект, получаемый от организации и осуществления информационного взаимодействия (ИВ)( ) - вероятность нахождения объектов в состоянии ИВ (2( 6- вероятность перехода к моменту времениобъекта из состояния (0) в состояние( ) (фиг. 3)- вероятность доставки в объектинформации, соответствующей состоянию . В итоге, рассматривая совокупность объектов в АСУ, получим 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. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7