Оценка влияния экспертной системы на эффективность функционирования телекоммуникационной сети

УДК 621.391

, к. т.н.; , к. т.н

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ

, Оцінка впливу експертної системи на ефективність функціонування телекомунікаційної мережі. Стаття присвячена питанню оцінки доцільності застосування експертної системи в контурі управління телекомунікаційної мережі. Показано, що актуальність застосування експертної системи в контурі управління зростає в умовах зовнішнього впливу на технічні засоби мережі, і здатне замінити дороге резервування без погіршення ефективності її функціонування.

, Оценка влияния экспертной системы на эффективность функционирования телекоммуникационной сети. Статья посвящена вопросу оценки необходимости применения экспертной системы в контуре управления телекоммуникационной сети. Показано, что актуальность применения экспертной системы в контуре управления увеличивается в условиях внешнего воздействия на технические средства сети, и способна заменить дорогое резервирование без ухудшения эффективности ее функционирования.

Usachev O. M., Drobot О.A. Estimation of influence of expert system on operating efficiency of telecommunication network. This paper considers the issue of estimation of the need of application of expert system in management contour of telecommunication network. It is shown that actuality of expert system application in the management contour increases under the condition of the external action on network hardware and is able to replace an expensive redundancy without the deterioration of operating efficiency.

Введение. Постановка задачи

Как видно из [1] показатель эффективности телекоммуникационной сети (ТКС) зависит от ряда характеристик. В процессе эксплуатации возникают случайные или ожидаемые отказы элементов. Путем воздействия системы управления эти отказы устраняются, и восстанавливается рабочий режим работы сети. Эффективность системы управления можно увеличить за счет введения в ее контур управления интеллектуальной системы. Это позволит уменьшить время восстановления рабочего состояния, и следовательно повысить вероятность связности, уменьшить вероятность потери сообщений, что обеспечит повышение эффективности функционирования ТКС и коэффициента ее готовности.

Согласно [1] эффективность следует оценивать по формуле: , где - число направлений передачи, - ценность информации. Ценность информации определяется по формуле Вудворда , где и — соответственно вероятность решения специальной задачи при отсутствии информации от i-го направления и при наличии этой информации [2, 3].

Для оценки коэффициента определенности (), а также вероятности связности () и потери сообщения (), разработаны методы описанные в [4, 5].

На этапе создания интеллектуальной системы управления ТКС необходимо знать, на сколько улучшатся вышеперечисленные параметры и на какое повышение эффективности функционирования сети, следует рассчитывать. Для этого необходимо провести оценку эффективности функционирования ТКС, с учетом введения в контур управления экспертной системы (ЭС).

Основной материал

Предположим, что: рассматривается сеть специального назначения; емкость запоминающего устройства (w) на узле связи составляет 40 кодограмм; интенсивность поступления потока информации () (для аппаратуры передачи данных С-23); длительность пакета (Тпi) (для АПД С-23); среднее время работы (согласно технической документации) между отказами прямых направлений связи (То) 500(ч); среднее время восстановления неисправности (согласно технической документации) (Тв) без участия ЭС 15(мин); вероятность искаженного бита () 10-6… 10-2; длина поля адреса (na) 4 (для АПД С-23); среднее время перехода с основного на резервный маршрут (Тп) 10(c).

Используя математический пакет Math Cad и допущений сделанных выше, были получены зависимости (рис.1), характеризующие влияние ЭС на эффективность функционирования ТКС.

г)

в)

б)

а)

Рис.1. Влияние ЭС на эффективность функционирования ТКС

При построении данных зависимостей было учтено то, что для повышения живучести ТКС предусматривается порядка трех обходных маршрутов для каждого потока, поэтому были рассмотрены случаи с одним, двумя и тремя обходными маршрутами. Тогда выражения для определения вероятности связности и потери сообщения в соответствии
с [4, 5] будут иметь следующий вид.

Для L0=1, Lr=1:

;

.

Для L0=1, Lr=2:

;

.

Для L0=1, Lr=3:

;

.

Кроме того, при построении зависимостей на рис.1, возможное уменьшение среднего времени между отказами для ТКС, обусловлено внешним воздействием на технические средства системы (постановка помех, физическое вмешательство в процесс обмена данными). Однако данное значение, ограничивается средним временем восстановления (т. к. среднее время между отказами не может быть меньше среднего времени восстановления).

На рис.1 (а) отражено влияние среднего времени между отказами на эффективность функционирования ТКС при различной ценности информации. Ценность информации влияет на максимально возможную эффективность в не зависимости от количества резервных каналов и участия в процессе управления экспертной системы. Так, например при W=0,1 максимальное значение эффективности достигает значения 0,77, а при W=1 значения 0,98. Кроме того, при уменьшении ценности информации уменьшение эффективности функционирования ТКС наступает при больших значениях среднего времени между отказами. Например, при W=0,1 и L0=1, Lr=1 значение эффективности в промежутке значений среднего времени между отказами мин изменяется с значения 0,76 до 0,6. Тогда как при W=1 и L0=1, Lr=1 значение эффективности изменяется с 0,98 до 0,95. Данный рисунок отражает так же то, что при увеличении резервирования падение эффективности наступает при меньших значениях среднего времени между отказами, что необходимо для ТКС в условиях внешнего воздействия. Например, при W=0,1, L0=1, Lr=1 значение эффективности Э=0,68 достигается при среднем времени между отказами 200 мин, а при W=0,1, L0=1, Lr=3 значение эффективности Э=0,68 достигается при 60 мин. Однако, введение в контур управления ТКС экспертной системы, представляет нам возможность отказаться от дорогостоящего резервирования, т. к. падение эффективности при уменьшении среднего времени между отказами при Lr=1 с участием ЭС меньше, чем при Lr=3 без участия ЭС. То есть, при W=0,1, L0=1, Lr=1 значение эффективности Э=0,68 с участием в контуре управления ЭС достигается при среднем времени между отказами 25 мин, а при W=0,1, L0=1, Lr=3 значение эффективности Э=0,68 без участия ЭС достигается при 60 мин.

Необходимость введения в контур управления ЭС при различной ценности информации и количестве резервных каналов наглядно отражает рис.1(б). Причем необходимо отметить то, что при увеличении интенсивности воздействия противника на функционирование ТКС (уменьшение среднего времени между отказами) прирост эффективности от использования ЭС увеличивается вне зависимости от количества резервных каналов и при различной ценности информации. Так, например, прирост эффективности при W=1, L0=1, Lr=2 и уменьшением среднего времени между отказами до 50 мин составляет 8%, а до 15 мин – 20%.

Однако, в условиях повседневной деятельности, т. е. при среднем времени между отказами согласно технической документации (500 часов) прирост эффективности от участия ЭС в контуре управления составляет всего 0,2% при W=1, L0=1, Lr=2.

Вмешательство в функционирование ТКС (уменьшение среднего времени между отказами) также влечет к ухудшению такого важного показателя как коэффициент готовности, который, например, для прямых направлений связи не должен быть хуже 0,995. Для выполнения этого требования может вводиться дополнительный резерв, однако даже при трехкратном резервировании и при уменьшении среднего времени между отказами до значения 50 мин., данное требование не выполнимо, т. к в этом случае кг=0,992. Введение в контур управления ТКС экспертной системы позволяет улучшить данный показатель даже при Lr=1 до значения 0,998 (согласно рис.1(в)). Причем, влияние ЭС (рис.1(г)) тем больше, чем меньше среднее время между отказами. Так, например, при L0=1, Lr=2 и среднем времени между отказами 100 мин. прирост коэффициента готовности составляет 0,5%, а при 50 мин. – 4%. Однако, при среднем времени между отказами равным 500 часов, т. е. в условиях повседневной деятельности, прирост коэффициента готовности очень мал.

Вывод

Таким образом, из построенных зависимостей на рис.1 наглядно видно, что при разной ценности информации (W) и количестве резервных каналов (Lr), влияние ЭС на эффективность функционирования и коэффициент готовности ТКС тем больше, чем меньше значение среднего времени между отказами. Другими словами, актуальность применения ЭС в контуре управления возрастает в условиях внешнего воздействия на технические средства ТКС, и способно заменить дорогостоящее резервирование без ухудшения эффективности ее функционирования.

Литература

1. , , Дробот методики оценки эффективности экспертной системы управления системой обмена данными // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. Харків: Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського "Харківській авіаційний інститут". – 2003. – С. 91-96.

2. , Лосев теории передачи данных в автоматизированных системах управления: Учебное пособие. – Харьков.: ВИРТА, 1970. – 364 с.

3. Пятков управления военно-техническими системами: Учебное пособие. – Харьков.: ХВУ, 1997. – 206 с.

4. , Усачев принятия решения по управлению системой обмена данными в условиях неопределенности и многокритериальности // Искусственный интеллект. – Донецк: Национальная академия наук Украины. Институт проблем искусственного интеллекта. – 2001. – С.46-52.

5. , , Дробот количественной оценки ситуации при управлении сетью обмена данными в условиях неопределенности // Радиотехника. – Харьков: Харьковский национальный университет радиоэлектроники. – 2004. – С.95-100